Brevet FR2698662A1 — publié le 19940603

La présente invention concerne un dispositif, destiné à être associé au carburateur d'un véhicule à moteur à combustion interne, afin de supprimer de façon pratiquement complète la toxicité des gaz d'échappement du moteur. I1 est admis que la solution permettant d'abaisser et même pratiquement de supprimer la pollution provoquée par les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne réside dans le dosage et dans l'homogénéité du mélange gazeux alimentant ces moteurs. On sait que le dosage du mélange gazeux air/carburant doit être tel qu'à tous les régimes du moteur on obtienne la quantité d'air nécessaire à une combustion complète. Or, par suite de la différence d'état physique des deux fluides en présence (état gazeux pour l'air et état liquide pour le carburant), la vitesse d'écoulement de ces deux éléments (à l'admission dans le carburateur) est différente, et cette différence varie en raison du degré d'aspiration du moteur c'est-à-dire en fonction de la vitesse de rotation de celui-ci. La proportion d'air par rapport au carburant varie donc en fonction du régime du moteur et le dosage idéal nécessaire à la combustion complète n'est réalisé que sur une faible zone d'utilisation. I1 en résulte que, pour la majorité des régimes du moteur, la combustion est incomplète et donne lieu à la formation de gaz imbrûlés (oxyde de carbone, hydrocarbures imbrûlés, oxyde d'azote) qui, à l'échappement, polluent l'air ambiant. Pour remédier à cet inconvénient l'invention propose d'installer un dispositif d'alimentation en jets d'air additionnel à haute turbulence qui apporte de façon automatique, à chaque régime du moteur, le complément d'air nécessaire à la combustion complète. A cet effet le dispositif selon l'invention comprend un socle d'alimentation de jet d'air additionnel à très haute turbulence qui fournit, dans tous les régimes, la quantité exacte d'air qui est nécessaire pour obtenir la combustion la plus complète et la meilleure, évitant la formation de l'oxyde de carbone, les hydrocarbures imbrûlés et l'oxyde d'azote. Le socle homogénéiseur, qui se fixe sous le carburateur, reçoit en communication plusieurs passages statiques du débit d'air à haute turbulence qui fonctionnent en étant attelés à une capsule à dépression commandée par la prise de dépression se trouvant en aval du volet du carburateur. De cette façon le débit d'air additionnel augmente selon l'évolution du régime du moteur pour obtenir de façon constante le rapport essence-air nécessaire, c'est-à-dire un gramme d'essence pour dix neuf grammes d'air. Afin d'obtenir ces résultats quelle que soit la cylindrée du moteur, le dispositif selon l'invention comprend aussi - l'adaptation de buses amovibles à l'extrémité de l'appareil prélevant l'air extérieur, - un système de réglage du ressort de tension de la capsule de dépression. Après avoir réalisé un mélange optimal des gaz, il est nécessaire que chaque particule de carburant trouve dans son voisinage immédiat la quantité d'air nécessaire à sa combustion, c'est-à-dire de réaliser l'homogénéité du mélange. Or l'injection de carburant dans la veine d'air du carburateur ne produit pas un brassage suffisant pour assurer un tel résultat. Pour obtenir ce résultat, le dispositif selon l'invention comprend un écran de turbulence, placé dans la tubulure d'admission en aval du carburateur et constitué par une surface conique double perforée de trous, c'est-à-dire comprenant un cône extérieur métallique perforé et un cône intérieur perforé en polytétrafluoroéthylène, provoquant un effet électrostatique sur le mélange air-essence qui augmente l'inflammabilité de celui-ci. La surface totale des trous de l'écran de turbulence doit être prévue supérieure à la section droite de la tubulure d'admission de telle façon que l'écoulement des gaz se fasse sans aucun freinage. L'application simultanée des systèmes de dosage et d'homogénéité indiqués ci-avant a permis, lors d'essais, d'obtenir une réduction extrêmement importante des gaz nocifs à l'échappement (oxyde de carbone et hydrocarbures imbrûlés). Afin d'améliorer encore ces résultats, l'invention prévoit de plus un système assurant la coupure du gicleur de ralenti en décélération, de façon à éviter une mauvaise combustion. Ce système se compose d'un gicleur étouffoir actionné en parallèle - par un relais tachymétrique coupant le gicleur de ralenti pour une vitesse de rotation du moteur dépassant environ les 1200 tours par minute, - un micro-contact associé au volet du carburateur et coupant le gicleur de ralenti quand ce volet est fermé, - une pédale de mise en circuit de ce gicleur en accélération et en vitesse stabilisée, permettant d'obtenir à ces moments une combustion normale, - un contact sur l'embrayage coupe l'action du gicleur de ralenti, celui-ci étant remis en circuit, en fin de décélération, au moment où le conducteur débraye, puis par le relais tachymétrique, ce qui offre une sécurité et supprime l'à-coup inhérent à la remise en circuit un gicleur de ralenti. Pour bien faire comprendre le dispositif selon la présente invention on en décrira ci-après, à titre d'exemple sans caractère limitatif, une forme d'exécution préférée en référence au dessin schématique annexé dans lequel la figure 1 est une vue schématique, partiellement en coupe verticale, du dispositif selon l'invention sans le système de coupure du gicleur de ralenti en décélération la figure 2 est un diagramme montrant, en fonction du rapport air/carburant, les courbes de variation de l'oxyde de carbone, des hydrocarbures imbrûlés et de l'oxyde d'azote la figure 3 montre un dispositf complémentaire de coupure du gicleur de ralenti en décélération ; et la figure 4 est, à plus petite échelle, une vue d'un bloc carburateur auquel est intégré le dispositif selon l'invention. En référence à la figure 1 le dispositif selon l'invention comprend un élément d'alimentation en air dont le corps 1 est relié, par un tube 2, à un socle 3 qui se poursuit à sa partie inférieure par un écran de turbulence 4. Le corps 1 présente intérieurement une chambre cylindrique axiale 5 dont une extrémité 6 débouche dans l'air ambiant. A l'intérieur de la chambre 5 peut se déplacer axialement un piston 7 percé intérieurement, à partir de son extrémité située du côté de l'extrémité 6, par un canal d'arrivée d'air 8 qui débouche dans une ouverture latérale 9 du corps 1 dans laquelle est emmanché le tube 2. Le piston 7 se prolonge par une tige 10 qui traverse une paroi arrière 11 de la chambre 5 et coopère, par une extrémité 12 en forme de fourche, avec un prolongement 13 de la paroi mobile 14 d'une capsule à dépression 15. Sur le piston 7 est fixé un joint torique 7' assurant l'étanchéité en coopérant avec la paroi de la chambre 5. Dans l'extrémité arrière du corps 1 est vissé de façon réglable un embout amovible 16 qui sert d'appui pour une extrémité d'un ressort de réglage 17 entourant les tiges 12,13 et dont l'autre extrémité s'appuie sur la paroi 14 de la capsule à dépression 15. L'entrée 18 de la capsule 15 est reliée par un tube 19 à une prise de dépression double 20 placée en aval du volet de Venturi 21 d'un carburateur schématisé en 22. La prise double 20 est également reliée, par un tube 23, au système d'avance de l'allumage (non représenté). L'écran de turbulence 4, porté à son extrémité supérieure par le socle 3, comprend un cône extérieur métallique 24 présentant des perforations oblongues, à l'intérieur duquel est placé un cône 25 en polytétrafluoroéthylène également perforé. Ce cône double produit, sur les molécules de carburant venant heurter sa partie intérieure en polytétrafluoroéthylène, un effet électrostatique provoquant la mise en vibration et l'éclatement de ces molécules pour assurer une grande homogénéité. Le tube 2 se ramifie en deux tubes secondaires 26,27 qui débouchent chacun dans une ouverture, respectivement 28,29 ménagée dans la périphérie circulaire conique du socle 3. Les ouvertures 28,29 sont diamétralement opposées et chacune de ces ouvertures est angulée de façon à déboucher tangentiellement à la face interne du socle, en soufflant dans le même sens, pour créer une haute turbulence. Le fonctionnement du dispositif se comprend alors d'après la description qui précède. En marche, la dépression du moteur agissant sur la capsule 15 déplace le piston 7 vers la droite en regardant la figure 1 en ouvrant l'arrivée d'air additionnel depuis l'extrémité 6 du corps 1 vers le tube 2 d'alimentation. Cet air additionnel, se trouvant aspiré par la dépression régnant en aval du carburateur, débouche par les ouvertures 28,29, à l'intérieur du socle 3, pour donner une proportion de 19 grammes d'air pour un gramme d'essence qui, comme on l'expliquera plus loin, est adaptée à une combustion complète. Le mélange air-carburant, soumis à cette haute turbulence subit une homogénéisation complète d'une part en raison de l'effet électrostatique de la partie intérieure du cône double et, d'autre part, par son passage à travers les perforations de ce cône double.Une telle homogénéisation, combinée avec le dosage indiqué ci-dessus, permet une combustion complète des gaz. Si le régime du moteur s'accroit, la dépression en aval du carburateur augmente, ce qui commande automatiquement, par la capsule à dépression 15, un déplacement vers la droite du piston 7 qui assure une augmentation de l'alimentation en air additionnel par le tube 2 de façon que le dosage de la proportion air-essence demeure à 19 grammes d'air pour un gramme d'essence. A l'inverse, si le régime du moteur diminue, le piston se déplace automatiquement vers la gauche en réduisant l'arrivée d'air additionnel de façon à conserver toujours ce même dosage. Au ralenti, l'arrivée d'air additionnel est assurée par le canal 8 percé dans le piston 7. Selon la cylindrée du moteur auquel le dispositif selon l'invention est associé, ce dernier doit sublir un réglage afin que, à tout régime du moteur, le dosage air-essence soit de 19 grammes d'air pour un gramme d'essence. Ce réglage s'obtient d'une part au moyen de buses amovibles 30 engagées dans l'ouverture de l'extrémité 6 du corps 1 et, d'autre part, par un ajustement approprié de la tension du ressort 17 agissant sur la capsule 15, par vissage de l'embout 16. A la figure 2, on a donné le diagramme admis pour l'établissement des courbes A (concernant la variation de l'oxyde de carbone CO), B (concernant la variation d'hydrocarbures imbrûlés HC) et C (concernant la variation d'oxyde d'azote NO) en fonction du rapport air-carburant (richesse des gaz) pour un moteur de type classique. On a figuré en F la limite d'inflammabilité inférieure. Ces courbes indiquent bien que si l'on veut obtenir une faible valeur de l'oxyde d'azote (courbe C), il faut utiliser un rapport air/carburant de l'ordre de n=19 ce qui, en même temps, s'accompagne d'une forte remontée des hydrocarbures imbrûlés (courbe B). On est donc rapidement limité dans cette voie, la remontée des hydrocarbures imbrûlés s'effectuant à partir d'un point P correspondant à une proportion air-carburant d'environ n=16 et à une quantité déjà importante d'oxyde d'azote. Sur le même diagramme on a représenté en D la courbe montrant la variation des hydrocarbures imbrûlés pour un moteur équipé du dispositif selon l'invention. L'écart de cette courbe D avec la courbe B du moteur classique est dû à la combustion plus complète obtenue par homogénéisation, et on voit qu'au point Q de cette courbe, correspondant à une proportion air/carburant de n=19, on obtient à la fois une faible quantité d'oxyde d'azote et un bas niveau d'hydrocarbures imbrûlés. En référence à la figure 3 on a représenté, en complément du dispositif selon l'invention, un système de coupure du gicleur de ralenti pour éviter la mauvaise combustion en décélération. Ce système comprend un gicleur étouffoir 31 disposé en aval du volet de Venturi, qui est actionné en parallèle par - un relais tachymétrique à transistor 32, alimenté à travers la bobine 33 et le dispositif d'allumage 34, qui coupe le gicleur 31 dès que le régime du moteur dépasse 1200 tours par minute, - un micro-contact 35, placé sur la came 36 du volet de Venturi, qui coupe le gicleur 31 dès que le volet est en position de fermeture, - un micro-contact 37, porté par la pédale d'accélérateur 38, qui commande la mise en circuit du gicleur 31 en accélération et en vitesse stabilisée, - un micro-contact 39 lié à la pédale d'embrayage 38', qui coupe l'action du gicleur 31 ce dernier n'étant remis en circuit que lorsque le conducteur débraye. On comprend que, lorsque le moteur tournant à un régime supérieur à 1200 tours par minute se trouve en décélération, le relais 32 de même que les contacts 35,37 et 39 commandent tous la coupure du gicleur 31 en évitant ainsi une mauvaise combustion car le moteur n'aspire alors que de l'air. En fin de décélération, au moment où le conducteur débraye, puis par action du relais tachymétrique 32, le gicleur 31 est remis en circuit ce qui apporte une sécurité et supprime l'à-coup inhérent à la remise en circuit du gicleur de ralenti 31. Bien sûr, au lieu d'un système électrique tel que décrit, la coupure du gicleur de ralenti 31 pourrait sans sortir de l'invention être réalisée par un système électronique. De cette façon, en décélération, ou réduit pratiquement à zéro la teneur en oxyde de carbone et en hydrocarbures imbrûlés, l'arrivée d'essence par le ralenti étant coupée et le moteur n'aspirant alors que de l'air. En référence enfin à la figure 4, on a représenté un exemple de réalisation d'un bloc carburateur incorporant le dispositif selon l'invention. On a représenté en 40 le corps du carburateur, en 41 le volet de Venturi, en 42 le gicleur principal, en 43 un gicleur étouffoir électrique de ralenti, et en 44 un côme d'homogénéisation double à élément extérieur en métal et élément intérieur en polytétrafluoroéthylène. Le cône double 44 est porté par la partie inférieure du corps 2 et se trouve placé à l'intérieur de la pipe d'admission 45 du moteur. Du filtre à air 46 part une cheminée d'alimentation 47 qui est en relation avec un conduit 48 double débouchant, au-dessus du cône double 44, par deux ouvertures 49 diamétralement opposées et angulées pour que l'air débouche tangentiellement, dans le même sens. Un piston 50, conçu comme le piston 7 de la figure 1, est monté coulissant dans le corps 40 pour obturer ou non la communication entre la cheminée 47 et la conduite double 48. Ce piston 50 est solidaire de la capsule à dépression 51 reliée par un conduit 52 à la prise de dépression double 53 située sous le volet de Venturi 41 et également reliée à l'allumage (non représenté). On a de plus figuré en 54 le ressort de réglage du piston 50, correspondant au ressort 17 de la figure 1. On comprendra que la description ci-dessus a été donnée à simple titre d'exemple, sans caractère limitatif, et que des adjonctions ou'des modifications constructives pourraient y être apportées sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif assurant la combustion complète du mélange air-carburant alimentant un moteur à combustion interne, à tous les régimes de ce moteur, comprenant, entre le carburateur et la chambre de combustion du moteur, un dispositif d'homogénéisation du mélance air-carburant constitué par un diaphragme perforé en amont duquel débouche au moins une arrivée d'air additionnel, caractérisé en ce que ledit diaphragme perforé présente la forme d'un cône double ayant une paroi perforée extérieure en métal (24) et un paroi intérieure (25) en une matière synthétique produisant un effet électrostatique telle que le polytétrafluoroéthylène. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite arrivée d'air additionnel est commandée par un moyen (7,15) assurant à tous les régimes du moteur un dosage constant de la proportion air/essence du mélange d'alimentation du moteur. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dosage est de 19 grammes d'air pour un gramme d'esence. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que ledit moyen de dosage comprend un piston (7) coulissant dans une chambre d'arrivée d'air (5) pour obturer partiellement ou totalement la liaison avec un conduit d'arrivée d'air (2), et une capsule à dépression (15) liée au piston (7) et reliée à une prise de dépression (20) située en aval du volet du carburateur. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un système de réglage du dispositif de dosage, ce système comprenant un embout réglable (16) se vissant dans le corps (2) de l'appareil et un ressort (17) interposé entre ledit embout (16) et la paroi mobile (14) de la capsule à dépression (15). 6. Dispositif selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que l'ouverture (6) de la chambre d'arrivée d'air (5) peut recevoir une buse amovible (30) permettant d'adapter le dispositif à des moteurs de différentes cylindrées. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ledit piston (7) comporte un perçage (8) mettant en relation permanente la chambre d'arrivée d'air (5) et le conduit d'arrivée d'air (2). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le conduit d'arrivée d'air (5) débouche à l'intérieur d'une chambre circulaire par deux ouvertures qui sont diamétralement opposées, ces ouvertures étant angulées de façon que les jets d'air débouchent tangentiellement et dans le même sens pour créer une haute turbulence. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (32,35,37,39) coupant automatiquement le gicleur de ralenti (31) en régime de décélération et rétablissant le fonctionnement dudit gicleur de ralenti (31) en régime de ralenti, en accélération et en vitesse stabilisée. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit moyen commandant la coupure et le rétablissement du gicleur de ralenti (31) comprend un relais tachymétrique (32) coupant le gicleur de ralenti au-dessus d'un régime de ralenti de l'ordre de 1200 tours par minute, un premier micro-contact (35) lié au volet du carburateur pour couper le gicleur de ralenti (31) quand ledit volet est fermé, un second micro-contact (37) lié à la pédale d'accélérateur pour mettre en circuit le gicleur de ralenti (31) en accélération et en vitesse stabilisée, et un troisième micro-contact (39) lié à la pédale d'embrayage qui, au repos, coupe l'action du gicleur de ralenti (31) et, lorsque le conducteur débraye, remet en circuit ce gicleur de ralenti. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est intégré dans un carburateur.