Brevet FR2733542A1 — publié le 19961031

Dispositif et procédé de gazéification du mélange air-carburant des moteurs à combustion interne. La présente invention concerne un procedé de gazéification et d'homogénéisation du mélange air-carburant des moteurs à combustion interne. Elle vise également le dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procedé et destiné à être installe en aval du carburateur desdits moteurs. La carburation est l'opération qui consiste à préparer, préalablement à la combustion, le mélange combustible (carburant et comburant) de façon à realiser ultérieurement la meilleure combustion possible. Il est reconnu que lorsque le mélange air-carburant n'est pas homogène (lorsque la carburation est mauvaise dans un moteur à combustion interne), le carburant ne sera pas alors complètement brûlé dans la chambre à combustion et il se retrouvera en l'état dans l'échappement. Une mauvaise carburation provoque donc une augmentation de la consommation de carburant, ainsi qu 1une baisse de la puissance du moteur et une augmentation de la pollution dudit moteur. En effet, lors du fonctionnement actuel et normal d'un moteur à combustion interne d'une voiture, les gaz d'échappement rejettent environ - de 1,5 à 3,5 X de CO ; - environ 25 X de carburant ou hydrocarburé non brûle ; - des huiles recycles du carter. Ces éléments sont très polluants pour l'environnement puisqu'ils ne peuvent être ni recyclés, ni dégrades, par la nature. Par conséquent, l'amélioration de cette étape de carburation est primordiale pour réduire la pollution et la consommation de carburant. De nombreuses études ont dejà été menées en vue d'améliorer la combustion ultérieure du mélange ai r-carburant. Divers dispositifs destines à être places en aval du carburateur des moteurs à combustion interne, ont dejà été proposés afin de produire les conditions requises dans le mélange air-carburant pour une meilleure homogénéisation de ce dernier. Par exemple, le document W0 93/01406 décrit un procéde de filtrage du mélange air-carburant et son dispositif de mise en oeuvre constitué par un élément exécuté au moyen d'un fil métallique de diamètre relativement important et se presentant soit sous forme de treillis enroulé ou replié plusieurs fois sur lui même, soit sous forme d'une sorte d'écheveau ou de botte, ce dispositif étant disposé entre le carburateur et la chambre de combustion du moteur. Toutefois ce dispositif presente l'inconvénient de produire un phénomène de "bouchon" dans le conduit où il est place et provoque un ralentissement de l'admission. D'autre part, ce procédé et son dispositif n'assurent pas une parfaite homogénéisation ni, à plus forte raison, une gazéification complète du mélange air-carburant. Le document W0 86/01258 décrit un dispositif constitue d'un boitier dans lequel sont fixées d'une part, une plaque transversale comportant une ouverture centrale qui laisse passer le mélange air-carburant et une ouverture latérale d'entrée d'air et d'autre part, une spirale métallique dont l'extrémité libre plonge dans la lumière d'entrée du collecteur d'admission. Le procédé mis en oeuvre dans ce dispositif consiste en ce que le mélange air-carburant est soumis à un phénomène de vortex dont le but annoncé est de permettre une réduction de la surface de contact dudit mélange avec les parois du collecteur d'admission permettant une réduction de sa température. Ce dispositif a toutefois pour inconvénient majeur de ne pas permettre une homogénéisation complète du mélange air-carburant ; en effet, la spirale n'a aucun effet notable sur la qualité de la vaporisation dudit mélange. Le document WO 85/01990 dévoile également un dispositif constitué d'un boîtier encastrable entre le carburateur et le collecteur et dans lequel est logé au moins un élément de diffraction moléculaire. Le procédé consiste à diffracter le mélange air-carburant au contact dudit élément de diffraction en vue de son homogénéisation. Ce dispositif est certes facile à mettre en place et peut également être remplacé facilement mais il ne résoud pas les autres problèmes susmentionnés. En effet, l'élément de diffraction présente des canaux à travers desquels le carburant peut passer librement sans être diffracté. En outre, la forme particulière du diffracteur éleve considérablement le coût de réalisation de ce dispositif. La présente invention a notamment pour but de solutionner les problèmes précédemment soulignés, en proposant un procédé et un dispositif de gazéification du carburant qui permet d'obtenir une homogénéisation complète du mélange air-carburant. Cet objectif est atteint grâce à un procédé et à un dispositif de gazéification suivant lesquels au moins une masse, non tissée, de filaments enchevêtrés, de très faible diamètre, flexibles et élastiques, est placée sur le trajet du mélange air-carburant en aval du carburateur, de façon à ce que le mélange air-carburant traverse complètement ladite masse. Grâce aux ramifications multidirectionnelles des filaments constituant cette masse de non tissé, le carburant qui la traverse se divise en petites gouttelettes, ce qui augmente ainsi les contacts du carburant avec l'air, le phénomène de gazéification étant amélioré par la flexibilité et l'élasticité des fibres non tissées. Le carburant est pris en charge par les molécules d'oxygène et donc gazéifié. Le mélange air-carburant est ainsi totalement traité. Le dispositif avantageux de l'invention peut être installe en aval du carburateur et en amont de la chambre de combustion et peut comporter un boîtier présentant les ouvertures nécessaires au passage du mélange air-carburant, et renfermant le dispositif gazéificateur proprement dit. Selon une autre caractéristique de l'invention, la masse de non tisse est soutenue par une grille rigide, de préférence métallique, sur laquelle elle est posée ou collée. Cette grille empêche la déformation de la masse de non tissé qui résiste ainsi mieux à la dépression qui règne dans cette partie du moteur et permet de donner à ladite masse une conformation particulière. En effet, de façon avantageuse et pour developper dans ledit boitier la plus grande superficie de traitement du mélange air-carburant, la masse de non tissé a une conformation convexe (ou en pont) qui est maintenue par une grille métallique de même conformation. Ce dispositif permet ainsi d'élargir le flux du mélange air-carburant à la sortie du carburateur, lequel aurait tendance, sans ce dispositif, à suivre la ligne la plus directe entre ledit carburateur et la soupape d'admission sans nécessairement lecher les parois réchauffées du collecteur d'admission. La forme et l'angle d'amortissement du flux du mélange air-carburant sur la masse de non tissé a une importance capitale. Cette conformation particulière en pont a l'avantage d'augmenter quantitativement et aussi qualitativement le traitement du mélange air-carburant. En effet, le mélange traverse ainsi la masse de non tissé, de façon oblique, ce qui augmente son temps de traitement et favorise sa vaporisation. D'autre part, cette disposition ou conformation particulière de la masse de non tissé permet également, en cas de refroidissement du mélange air-carburant, lors du passage à travers ladite masse, l'écoulement du carburant refroidi vers les parois chaudes du boîtier. L'échauffement du carburant par contact des parois permet tout d'abord sa vaporisation puis, après passage à travers ladite masse, sa gazéification. Le procédé de gazéification du mélange air-carburant et son dispositif de mise en oeuvre selon l'invention procurent l'avantage majeur de permettre une excellente vaporisation du carburant, une parfaite homogénéisation du mélange carburé, et d'assurer ainsi une combustion complète du carburant engendrant les avantages suivants - rentabilisation optimale du carburant ; - une diminution de la pollution ; suppression ou, du moins, diminution considérable, à l'échappement, d'oxyde de carbone et d'imbrûlés ; - une diminution de la consommation de carburant (à grande vitesse, ou à pleine charge) ; - un démarrage rapide du moteur sans avoir besoin d'attendre que le moteur "chauffe" (ne ralentit pas l'admission des gaz). Le procédé et le dispositif selon l'invention procurent également les avantages suivants - ne nécessitent pas de modifier les moteurs déjà existants - d'etre faciles à mettre en oeuvre et à remplacer ; - et d'être d'un coût modique ; en effet, des masses de non tissé utilisable pour la mise en oeuvre de l'invention sont disponibles sur le marché, à un prix très minime ; ces masses de non tissé connues étant toutefois utilisées à d'autres fins. Les buts, caractéristiques et avantages ci-dessus et d'autres encore, ressortiront mieux de la description qui suit et des dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue en perspective montrant séparément les deux composants essentiels du dispositif de gazéification, selon l'invention. La figure 2 est une coupe longitudinale du carburateur et de l'entrée du collecteur d'admission dans Laquelle est logé ce dispositif représente selon un premier mode d'exécution. La figure 3 est une coupe longitudinale d'un deuxième exemple d'exécution du dispositif, selon l'invention, installé entre le carburateur et le collecteur d'admission. La figure 4 est une coupe longitudinale d'un troisième exemple d'exécution du dispositif selon l'invention installé entre le carburateur et le collecteur d'admission. La figure 5 est une vue en perspective du dispositif illustré à la figure 4. La figure 6 est une coupe longitudinale d'un quatrième mode de réalisation du dispositif selon l'invention. La figure 7 est une vue en perspective du dispositif représenté à la figure 6. On se reporte auxdits dessins pour décrire des exemples interessants, quoique nullement limitatifs, de réalisation du dispositif de gazéification et de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le procédé selon l'invention consiste à faire passer le mélange air-carburant d'un moteur à combustion interne, avant son passage dans la chambre à combustion, au travers d'au moins un dispositif de gazéification constitué par une masse non tissée, de filaments enchevêtrés. Cette masse 1 présente une faible densité, et elle est formee de filaments ou fibres de très faible section disposés de manière désordonnée, qui sont liés aux points où ils se croisent et sont en contact entre eux, au moyen d'un liant.Cette masse de faible densité a avantageusement un pourcentage de vides égal ou superieur à 70 X, de préférence un pourcentage de vides de l'ordre de 80 à 97 X, et elle est constituée de fibres frisées, flexibles et élastiques, ayant avantageusement un diamètre égal ou inférieur à 200 microns, de préférence un diamètre de l'ordre de 30 à 100 microns, et une longueur de l'ordre de 2,5 cm. Cette masse de non tissé est, de maniere préférée, disposée de façon à présenter au moins l'une de ses parties avec une inclinaison par rapport à l'axe A-A du conduit 6 ménagé pour le passage du mélange carburé, de façon à augmenter la surface et le volume de ladite masse fibreuse traversee par ledit mélange carbure. La masse de non tissé à structure très ouverte et à faible densité permet au carburant qui la traverse d'être tout d'abord atomisé, puis grâce à la presence d'air chaud ambiant, d'être gazéifié. La masse non tissée de filaments 1 peut être constituée d'un mélange de fibres frisées de polyamide et de polyester. Les fibres de polyamide présentent une excellente résistance à l'abrasion et une bonne résistance mécanique. La masse non tissée est, par exemple, constituée d'un mélange comprenant de 50 X à 90 Z de fibres de polyamide et 50 à 10 Z de fibres de polyester, en poids. A titre d'exemple avantageux, la masse de non tissé peut être formée de - 20 X en poids de fibres de polyamide 6, de 44 dtex - 60 X en poids de fibres de polyamide 6, de 22 dtex - 20 Z en poids de fibres de polyester, de 17 dtex 2 Ladite masse pese 90 g/m . Elle est imprégnée de liant, latex acrylique, dans un bain contenant des agents nécessaires à son utilisation. Le poids sec de latex déposé est d'environ 40 g/m (le rapport poids de latex déposé / poids de fibres est d'environ 0,50). La masse imprégnée est sechee dans deux fours successifs, les températures au sein de ceux-ci allant de 50 à 150 degrés Celsius. Elle subit ensuite, sur une de ses faces, une étape de pulvérisation. On utilise une solution de résine phénolique contenant un mélange de silice et d'alumine. Au sein de cette solution, le taux de charge/taux de liant est égal à 3. La quantité de produit sec dépose sur la masse non tissée au cours de cette étape de pulvérisation est d'environ 150 9/m2 . Elle pese 280 g/m2 . Son épaisseur est d'environ 6,6 mm. Les vides de cette matière représentent 95 Z en volume, la perte en charge au passage d'air pulsé est insignifiante et pratiquement nulle. Cette masse de non tissé synthétique à cellules ouvertes n'a que peu ou pas d'opercules ou membranes et il ne subsiste que des ramifications multidirectionnelles variant de quelques dixièmes de millimètres. De forme généralement rectangulaire la masse non tissée peut facilement être decoupée avec diverses formes suivant sa destination, c'est-à-dire selon le diamètre des conduits à tapisser où elle est fixée par tout moyen connu en soi collage, soudure... Il est possible en effet de tapisser l'intérieur du collecteur par exemple (pour un moteur à plusieurs cylindres) avec la masse non tissée ainsi définie. De façon avantageuse, ladite masse non tissee est disposé sur une grille de soutien 2, constituée par tout type de matériaux métalliques ou non, présentant les qualites requises de résistance mécanique pour l'utilisation prescrite. Cette grille a pour rôle: - d'empêcher la déformation de la masse de non tissé par la depression qui règne dans cette partie du moteur (en amont de la chambre de combustion) ; - et de maintenir la masse de non tisse dans la conformation souhaitée. En effet, un procédé simple d'exécution du dispositif selon l'invention, consiste à conformer grâce à la grille 2, la masse de non tissé 1 qui présente des qualités de souplesse lui permettant d'adopter des formes diverses. Ainsi, selon le mode d'exécution représenté à la figure 2, l'ensemble grille-support 2 et masse de non tissé 1 affecte la forme d'un V imposée par ladite grille support. Cette conformation dudit ensemble 1-2 permet de le disposer à l'entrée du collecteur d'admission 3 du moteur contre les parois de laquelle il se trouve en appui par l'intermédiaire de ses bords délimitant son profil triangulaire. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire d'intercaler un dispositif intermédiaire entre le carburateur 4 et le collecteur d'admission 3. La grille 2 permet ainsi un bon positionnement ou appui de la masse de non tissé souple. Grâce à l'apesenteur et surtout à la dépression qui règne dans cette partie du moteur, on conçoit qu'il est possible de placer simplement la masse de non tissé sur la grille, sans qu'il soit nécessaire de la coller sur une surface de ladite grille métallique de soutien. Selon le mode d'exécution illustré à la figure 3, le dispositif de gazéification 1-2 est logé dans un boîtier 5 réalisé en aluminium ou tout autre matériau permettant une bonne conduction de la chaleur, ce boitier étant fixé, par exemple au moyen de vis, entre le carburateur 4 et le collecteur d'admission 3. Il est avantageux que le dispositif de gazéification 1-2 soit place le plus près possible du carburateur. Le boîtier 5 peut avoir une conformation genérale (extérieure) cylindrique, ou parallélépipédique ou autre. Selon un mode de réalisation préféré, ce boîtier a une forme extérieure cylindrique similaire à celle du carburateur 4 dans le prolongement duquel il est placé. Ce dispositif peut également être dispose entre le collecteur d'admission et la culasse, mais les tests ont prouvé que lorsque le dispositif ou tout au moins la masse non tissée se rapproche de la chambre de combustion, les résultats sont moins bons, il y a une diminution de la qualité du mélange air-carburant qui se traduit par une augmentation d'oxyde de carbone. Le boîtier 5 possède un conduit axial 6 délimité par deux ouvertures opposées 6' et 6" pour le passage du mélange carburé au travers dudit boîtier. De façon préférentielle, le diamètre de l'ouverture superieure 6' du boitier 5 est identique à celui de la lumière de sortie du carburateur 4, et le diamètre de son ouverture inférieur 6" est identique à celui de la lumière d'entrée du collecteur d'admission 3. L'axe de symétrie A-A du dispositif diffuseur passe par les centres des deux ouvertures 6', 6" et lorsqu'il est installé entre le collecteur d'admission et le carburateur, cet axe est également confondu avec l'axe de la chambre de carburation. Selon le mode d'exécution de l'invention représenté à la figure 3, le boîtier 5 présente, intérieurement, dans l'épaisseur de ses parois latérales 7, 7' des encoches 8, 8' pour loger à demeure le complexe masse de non tissé-grille métallique. Suivant le mode de réalisation illustré à la figure 4, le complexe masse de non tisse 1-grille de soutien 2 affecte la forme d'un cône logé dans le boîtier 5. A cet effet, le boîtier 5 présente, intérieurement, une cavite de forme tronconique délimité par une paroi latérale 7" et constituant le conduit de passage 6 du mélange air-carburant. Le fond de cette cavité est délimité par un rebord annulaire 9 bordant l'ouverture inférieure 6" dudit conduit. Le dispositif diffuseur 1-2 repose sur ce rebord annulaire. Le dispositif gazéificateur 1-2 logé dans le boîtier 5 peut avoir des formes variées, par exemple circulaires, rectangulaires, selon la forme des ouvertures 6', 6" dudit boitier 5 ou, plus particulièrement selon la forme de l'ouverture inférieure 6" ménagée dans la base du boitier 5 qu'il doit complètement recouvrir. Le dispositif de gazéification est glissé dans des encoches de maintien 8, 8', comme indiqué ci-dessus (figure 3) et/ou fixés par collage ou soudure, sur l'une des parois latérales 7, 7' ou simplement posés sur le rebord inferieur interne 9 du boîtier 5 (figures 4 et 6). Selon le mode d'exécution illustre à la figure 6, l'espace intérieur 6 du boîtier délimité par les parois latérales 7, 7' et les parois supérieure 10 et inférieure 9 du boîtier 5 est parallélépipédique. Selon le mode d'exécution représenté aux figures 6 et 7, la masse de non tissé 1 est conformée en forme de pont, grâce à la grille de soutènement 2, de sorte que la hauteur h du pont 1-2 correspond sensiblement à celle de la hauteur H de l'espace intérieur 6 du boîtier ; la longueur I du pont 1-2 correspond à celle dudit espace intérieur du boîtier, l'écartement e du pont 1-2 correspond au diamètre de l'ouverture 6". Ainsi, le dispositif gazéificateur 1-2 est en contact au niveau de ses tranches ou parois ou pourtour, soit avec le rebord inférieur interne 9 du boîtier 5 (pour ses plus longues tranches) soit avec les deux côtés latéraux perpendiculaires aux côtés 7, 7' (non représentés sur la figure 6). Grâce à cette disposition avantageuse, le dispositif gazéificateur développe ainsi une plus grande superficie pour un traitement maximal du mélange carbure. Cette forme en arche de pont ou convexe permet également la traversée du mélange carburé sur une hauteur plus importante que celle correspondant à l'épaisseur de la masse de non tissé. La traversée de la masse de non tissé par le mélange carburé de façon oblique par rapport à cette dernière lui permet de rencontrer plus de réticulation et d'être ainsi plus dispersé. D'autre part, cette conformation particulière permet lors d'un refroidissement possible du mélange carburé pendant son passage dans ledit ensemble masse de non tissé-grille, de faire glisser ledit mélange grâce à son apesenteur le long de la masse de non tissé vers les parois latérales (verticales) chaudes du boitier. Au contact des parois chaudes du boîtier, le mélange air-carburant est sublime et peut alors traverser la masse de non tissé pour être gazéifié. A titre indicatif, pour une utilisation du dispositif de gazéification dans les dimensions disponibles dans le commerce, la hauteur du boîtier H doit être alors de 5 cm, laquelle permet une inclinaison donnant une superficie optimale de la masse de non tissé. On comprend aisement que pour obtenir également ces mêmes propriétés dans le cas où l'espace intérieur du boîtier est conique ou cylindrique, on utilise une masse de non tissé circulaire 1, maintenue sous la forme d'un cône par la grille 2, comme illustré par la figure 4. REVENDICATIONS 1. - Procedé destiné à gazéifier et homogénéiser le mélange air-carburant des moteurs à combustion interne, caractérisé en ce que l'on dispose, sur le trajet dudit mélange, en aval du carburateur (4) au moins un élément gazéificateur (1-2) principalement constitué par une masse non tissée de filaments enchevêtrés, de très faible diamètre, permettant la gazéification du mélange air-carburant. 2. - Procedé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on dispose ledit dispositif gazéificateur (1-2) le plus plus près possible du carburateur (4). 3. - Procéde suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif gazéificateur (1-2) est disposé de façon à presenter au moins l'une de ses parties de manière inclinée par rapport à l'axe (A-A) du conduit (6) ménage pour le passage du mélange carburé, de façon à augmenter le volume de la masse fibreuse traversée par ledit mélange carburé. 4. - Procedé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la conformation de la masse non tissée de filaments enchevêtrés est obtenue au moyen d'une grille rigide (2) sur laquelle est placée et/ou collée ladite masse. 5. - Dispositif de gazéification et d'homogénéisation du mélange air-carburant des moteurs à combustion interne, destiné à être placé en aval du carburateur desdits moteurs, caractérisé en ce qu'il est constitué par une masse, non tissée, de filaments enchevêtrés de très faible diamètre. 6. - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la masse de non tissé (1) a une faible densité définie par un pourcentage de vides égal ou supérieur à 70 X et, de préférence, un pourcentage de vides de l'ordre de 80 à 97 X. 7. - Dispositif suivant l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la masse de non tissé (1-2) est constituée de fibres flexibles et élastiques ayant un diamètre égal ou inférieur à 200 microns et, de préférence, un diamètre de l'ordre de 30 à 100 microns. 8. - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'élément gazéificateur (1-2) est disposé de façon à présenter au moins l'une de ses surfaces avec une inclinaison par rapport à l'axe du conduit (6) ménagé pour le passage du mélange carburé. 9. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément gazeificateur (1-2) a la forme d'une arche de pont, ou une forme conique, ou une section en forme de V. 10. - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que la conformation de la masse, non tissée, de filaments enchevêtrés (1) est imposée par une grille de soutien rigide (2). 11. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que l'élément gazeificateur (1-2) est Loge dans un boitier (5) exécuté dans un matériau conducteur de la chaleur et comportant un conduit central (6) pour le passage du mélange air-carburant, une ouverture d'entrée (6') et une ouverture de sortie (6") ayant le même axe que ledit conduit central (6), ledit boîtier (5) est doté, intérieurement, de moyens (8,8' ; 9) permettant de positionner le diffuseur (1-2). 12.- Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé en ce que le conduit (6) ménagé dans le boîtier (5) a une section tronconique divergente. 13. - Dispositif selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérise en ce que L'élément gazéificateur (1-2) est disposé de façon à recouvrir totalement l'ouverture de sortie (6") du bottier (5). 14. - Dispositif suivant L'une quelconque des revendications 5 å 13, caractérisé en ce que la nasse non tissée de filaments enchevêtres comprend de 50 X à 90 X de fibres de polyacide et 10 X â 50 X de fibres de polyester, cn poids. 15. - Dispositif suivant La revendication 14, caractérisé en ce que la nasse non tissée de filaments enchevêtres est forme de préférence de - 20 X en poids de fibres de polyacide 6, de 44 dtex - 60 X en poids de fibres de polyacide 6, de 22 dtex - 20 X en poids de fibres de polyester, de 17 dtex. 16. - Dispositif seLon L'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que ladite nasse non tissée de filaments enchevêtrés est liprégnée de liant constitué par du Latex acrylique.