Brevet FR2726036A1 — publié le 19960426

Dispositif de transformation des moteurs à combustion interne, utilisant les combustibles liquides, en moteurs à gaz surpressés. L'invention concerne un dispositif de transformation des moteurs à combustion interne, utilisant les combustibles liquides, en moteurs à gaz surpressés comportant un moyen de surpression et de brassage du mélange de carburant et d'air, transformant ledit mélange en un gaz homogène dans chacune des chambres de gazéification dudit moteur. On connaît actuellement seulement deux types de dispositifs d'alimentation en carburant des cylindres moteurs: les carburateurs, en général à flotteur et les injecteurs à impulsions. Les principaux inconvénients résultant de la projection dans les cylindres, de carburant liquide pulvérisé en plus ou moins fines gouttelettes coopérant avec un volume d'air, sont essentiellement une combustion interne incomplète du mélange air/carburant dans les cylindres, ceci entraîne un encrassement interne plus ou moins rapide du moteur, un mauvais rendement ainsi qu'une pollution accrue de l'atmosphère par les parties non brulées du mélange air-carburant. Pour pallier ces inconvénients, les motoristes ont cherché des moyens mécaniques, électriques et/ou thermiques coopérant avec, entre autres, une pré-chambre précédant le distributeur collectif classique. Cependant, l'amélioration apportée aux moteurs, plus généralement à essence, ne peuvent concerner les moteurs appelés communément diésel, qui sont pourvus de dispositifs à injection à haute pression à 150 bars. Ils ont pour inconvénient de se dérégler fréquemment. D'une façon générale, les dispositifs actuels nécessitent une maintenance suivie, onéreuse, qui est rarement assurée par les utilisateurs, mais par des professionnels outillés en conséquence. ll en ressort que le problème de la pollution automobile, des poids lourds notamment, en raison de l'extension continue du parc mondial, est devenue un souci majeur dans tous les pays industrialisés et va le devenir pour les pays en voie de développement où le parc s'étend rapidement. Les problèmes auxquels l'invention se propose de porter remède sont les suivants: - supprimer la pollution des moteurs à combustion interne, à essence et diésel et notamment celle engendrée par les gros moteurs diésels; - améliorer notablement le rendement de ces moteurs ainsi que leur longévité; - réduire les coûts d'exploitation, d'entretien et de réglages. Le dispositif suivant l'invention atteint ces objectifs en proposant un moyen original et simple de gazéification, au niveau moléculaire, du mélange air/carburant dans une préchambre de mélange et dans une chambre de gazéification adaptée à l'admission de chaque cylindre des moteurs à combustion interne. Blase propose de remplaçer les carburateurs ou les injecteurs de tous types et particulièrement ceux des moteurs de puissance qui sont les plus polluants, et parmi ceux-ci, ceux qui équipent les véhicules de la catégorie poids lourds, les engins des travaux publics, les moteurs marins etc... Il permet de transformer les moteurs traditionnels à combustion interne à carburant liquide en moteur à gaz. Selon une réalisation préférentielle, le dispositif suivant l'invention comporte: - une chambre de gazéification par cylindre, située en communication directe avec l'admission de chacune des chambres d'explosion dudit moteur, - un moyen d'injection de carburant liquide sous pression, - un moyen d'injection d'air primaire à une pression de plusieurs bars, - un moyen d'injection d'air secondaire à une pression de quelques centaines de millibars, - un moyen de surpression, de brassage et de fractionnement moléculaire du mélange air/carburant, le transformant en un gaz homogène dans chacune des dites chambres, à une pression de l'ordre de 100 à 400 millibars, - des moyens de pilotage électronique de manoeuvre synchrone des pointeaux, des admissions d'air et d'optimisation du rapport massique air/carburant, et d'asservissement de la pompe de distribution du carburant liquide sous pression. Lors de la fermeture de la soupape d'admission de chaque cylindre du moteur, la chambre de gazéification est mise en surpression permanente au moyen d'une hélice multipales entraînée en rotation à grande vitesse par la presion de sortie du pré-mélange air-carburant. Au moment de l'ouverture de la soupape d'admission de chaque cylindre, la pression du gaz contenu dans la chambre de gazéification s'effondre en passant dans la chambre d'explosions, se trouvant alors en forte dépression par la descente cyclique du piston-moteur. Cette disposition assure la transformation du mélange air/carburant en un gaz permettant sa combustion totale dans la chambre d'explosion, aucune trace n'apparaissant sur un morceau de tissus de coton blanc placé à la sortie des gaz d'échappement.La variation du débit du carburant admis dans la chambre de gazéification est obtenue par un moyen de variation de vitesse de rotation de la pompe à carburant. Les avantages présentés par le dispositif de gazéification sous pression selon l'invention sont les suivants: - fractionnement total au niveau moléculaire, et transformation du mélange air/carburant en gaz homogène dans la chambre de gazéification précédant l'admission dans la chambre d'explosion, ayant pour résultat l'absence totale de gaz non brulés à la sortie du tuyau d'échappement des moteurs, donc la réduction très importante de la pollution de l'air par ces gaz, se limitant pratiquement au C02; - une très grande simplification de l'alimentation des cylindres des moteurs à combustion interne et une réduction notable du coût de cette fonction;; - la suppression des carburateurs aux inconvénients multiples et la suppression de l'injection directe qui remplace de plus en plus les carburateurs en accroissant la consommation de carburant et le volume de gaz imbrulés; - l'amélioration significative du rendement et de la durée de vie des moteurs à combustion interne du fait que les gaz sont complètement brulés; - l'économie de carburant de l'ordre de 15% et l'économie d'huile moteur du fait des vidanges moins fréquentes; - l'amélioration de la lubrification et une longévité accrue des moteurs avec une maintenance plus économique. - l'amortissement en un temps très court du surcoût du dispositif en raison de l'économie de carburant, d'huile et d'entretien; - la facilité d'adaptation sur les moteurs à combustion interne existants de tous types et particulièrement pour les moteurs diesels. Le dispositif selon l'invention est décrit en détail dans le texte qui suit en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels sont montrés: - fig. l, une coupe en élévation de l'ensemble du dispositif selon l'invention; - fig.2 et 3, une vue en coupe longitudinale montrant le pointeau de réglage de débit du carburant en position totalement ouverte et en position fermée; - fig.4 et 5, une vue de face et une vue en coupe de l'hélice de brassage et de surpression du mélange gazeux; - fig.6, une vue schématique d'ensemble des blocs de gazéification sur un moteur à quatre cylindres. Tel qu'il est représenté sur la fig.1, le dispositif se présente sous la forme dd'un bloc de gazéification comportant un corps de chambre de gazéification 1, fixé par un ensemble de vis au droit de l'orifice 2 d'admission du gaz dans chaque cylindre moteur avec lequel il est en communication. La chambre est fermée par un corps 3 équipé en son axe central longitudinal XX, d'un dispositif d'injection à pointeau coulissant 4, dont le réglage de course d'ouverture et de fermeture est commandé par exemple par un ensemble moteur/réducteur de vitesse 5; le moteur peut être du type micromoteur pas-à-pas ou asservi par tout moyen électronique connu ou à venir; le réducteur peut être, à roue 5 à vis sans fin 6, épicycloïdal ou autre compatible. Le pointeau peut encore être mû par une tringlerie synchrone reliée à celle du pointeau de chacune des autres chambres de gazéification du moteur; celle-ci effectuant la course complète du pointeau sur 1/4 de tour par exemple. Le moyen pour engendrer la surpression et l'homogènéisation par brassage, du mélange aircarburant, est une hélice multipales 7, tournant librement dans une palier, par exemple logé dans un porte-palier 8 rendu solidaire d'une entretoise 9 au moyen de vis sur le corps 10 de la chambre 1. L'hélice 7 tourne librement sur son palier. Son nombre de pales est fonction de la vitesse élevée de rotation à obtenir pour fractionner le mélange gazeux au niveau moléculaire. Le carburant liquide est amené par une tuyauterie 11 et un raccord 12, vers une chambre annulaire 13 autour du pointeau 4 comportant des rainures de passage du carburant; les parties délimitant ces rainures servant également de guidage dans l'alésage du support de pointeau. L'air comprimé primaire est amené par une tuyauterie 14 et un raccord 15, vers une chambre annulaire 16 débouchant dans une chambre de pré-mélange 17. Le carburant et l'air prémélangé se dirige, à travers un orifice conique 18, vers les pales de l'hélice 7; simultanément, de l'air secondaire additionnel, provenant d'un orifice latéral 19, se dirige également vers les pales de l'hélice 7. L'optimisation des volumes d'air primaire et d'air secondaire est réglée en fonction du débit du carburant et commandé par le déplacement du pointeau 4. Le brassage du mélange air-carburant.en micro-gouttelettes, injecté sur l'hélice 7, le fractionne, en coopération avec la température de la chambre 1, à une échelle quasi moléculaire, le transformant en un gaz surpressé avant son passage dans chaque cylindre moteur.Le cycle complet se déroule selon les phases suivantes: 1) alimentation de carburant liquide sous pression dans la chambre annulaire 13 du pointeau 4; 2) injection du carburant et d'air primaire, à un débit et à une pression contrôlés, dans la chambre de pré-mélange 17 pour constituer un pré-mélange air-carburant se présentant en micro-goutelettes; 3) dépression dans l'orifice conique 18 d'accès à la chambre l et projection du pré-mélange en fines goutelettes sur les pales de l'hélice 7 mise en rotation à grande vitesse par la dépression de la chambre 1 conjuguée avec la pression d'injection air-carburant; 4) surpression dans la chambre l pendant la fermeture de la soupape d'admission et l'introduction du mélange sous pression, 5) dépression dans la chambre l à l'ouverture de la soupape pour un nouveau cycle. La vitesse de rotation de l'hélice 7 est principalement fonction de la dépression, elle se trouve entraînée à une vitesse de rotation de l'ordre de 20.000 tours/minute, vitesse suffisante pour assurer un fractionnement moléculaire du mélange gazeux. Ce résultat est obtenu avec une grande économie de moyens. On a utilisé un pointeau 4 pour régler un débit continu plutôt qu'un débit par impulsions comme c'est le cas dans la plupart des moteurs classiques. Les fig. 2 et 3, montrent respectivement les positions ouverte et fermée du pointeau 4 et la course dudit pointeau coulissant dans son alésage 13 dans lequel débouche un orifice 20 d'admission du carburant sous pression à plusieurs bars. En outre, un orifice 21 d'admission de l'air comprimé débouche dans la chambre annulaire 16 qui aboutit dans la chambre de mélange 17 précédant la sortie cônique 18 en partie obturée par la pointe cônique 24 de l'hélice (fig.5). Les quantités de carburant, d'air primaire et secondaire sont dosées par une centrale électronique de commande en fonction des paramètres de vitesse de rotation du moteur thermique, de température et de pression. Le rapport massique du mélange air-carburant résulte de ces différents paramètres. Les fig.4 et 5 montrent une vue de face et une vue en coupe en élévation d'un exemple hélice 7 de surpression à 6 pales 25 solidaires de l'arbre 26 tournant librement dans son palier. La fig. 6 montre schématiquement une vue d'ensemble des blocs d'admission comportant chacun leur chambre l de gazéification des cylindres moteurs 30, 31, 32, 33. Les chambres 1 de gazéification sont mises en surpression permanente à une pression de l'ordre de 100 à 400 millibars, au moyen de leur hélice 7 et accessoirement par l'admission d'air additionnel 19 provenant d'un turbocompresseur ou d'un surpresseur auxilliaire non représenté. Le réglage de débit du carburant sous pression admis dans les chambres 1 de gazéification est obtenu, en régime normal de rotation du moteur à combustion interne, par un moyen électronique connu de variation de vitesse de rotation d'une pompe 35, débitant le carburant sous pression dans une tuyauterie commune 36 distribuant celui-ci à chacune des quatre cylindrées par les tuyaux 37, 38, 39, 40. L'air primaire sous pression est généré par un compresseur de servitude non représenté, dont sont généralement équipés les véhicules lourds. La variation du débit du carburant admis dans chacune des chambres de gazéification est obtenue par un moyen de variation de vitesse de rotation de la pompe 35 à carburant liquide. Cette variation du débit du carburant peut être obtenue au moyen d'un électrovanne à ouverture variable coopérant avec le moyen de variation de vitesse de la pompe 35 pour affiner le réglage de ce débit. REVENDICATIONS: 1 - Dispositif de transformation des moteurs à combustion interne utilisant les combustibles liquides, en moteurs à gaz surpressé, constitué d'un moyen d'injection de carburant liquide coopérant avec un moyen d'entrée d'air sous pression, générant un mélange destiné à être admis dans chacun des cylindres dudit moteur, caractérisé en ce qu'il comporte, coopérant ensemble:: - une chambre (1) de gazéification par cylindre, située en communication directe avec l'admission (2) de gaz dans chacune des chambres d'explosion dudit moteur, - un moyen (4) d'injection continue réglable de carburant liquide sous pression (11), - un moyen d'injection d'air primaire (14) à une pression de plusieurs bars, - un moyen (19) d'injection d'air secondaire à une pression de quelques centaines de millibars, - un moyen (7) de surpression, de brassage et de fractionnement à grande vitesse, du mélange air/carburant, le transformant en un gaz homogène dans chacune des dites chambres (1), - des moyens de pilotage électroniques: du moyen de réglage de débit continu (4) de carburant liquide; du moyen de réglage de la pression d'air primaire (14); un moyen de réglage d'entrée d'air secondaire (19) en fonction des débits de carburant et d'air primaire pour optimiser le rapport massique air-carburant. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'injection continue de carburant liquide, dans une chambre de pré-mélange (17), est un pointeau (4) à course réglable entre une position fermée et une position ouverte, en ce que ladite course est obtenue par un moyen mécanique ou électromécanique agissant en synchronisme avec celui de chacune des chambres de gazéification. 3 - Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le moyen de surpression, de brassage et de fractionnement moléculaire du mélange introduit dans la chambre (1) est une hélice multipales (7) calée en porte-à-faux sur un arbre 26 tournant librement dans un palier rendu solidaire du corps de la chambre (1), en ce que ladite hélice (7) est entrainée en rotation alternativement par la pression du pré-mélange air-carburant et par la dépression crée par l'aspiration du mélange gazeux fractionné de la chambre (1) vers la chambre d'explosion au moment de l'ouverture de la soupape d'admission. 4 - Dispositif selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le bloc de gazéification comporte le support de pointeau et son moyen de réglage, montés dans un corps (3) lequel est fixé sur la chambre de gazéification (1), en ce que le corps (3) est équipé des moyens d'admission de carburant (11, 12), des moyens d'amission d'air primaire (14, 15) et d'air secondaire (19); il comporte la chambre annulaire (16) d'admissionde l'air primaire sous pression, la chambre de pré-mélange (17) et l'orifice conique (18) dirigeant le pré-mélange vers les pales de l'hélice (7), en ce que le corps de la chambre de gazéification est fixé, sur le moteur à combustion interne, au droit de l'ouverture (2) de la chambre d'explosion. 5 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque cycle de fonctionnement du moteur thermique se déroule selon les phases suivantes: 1) alimentation de carburant liquide sous pression dans la chambre annulaire (13) du pointeau (4); 2) injection du carburant et d'air primaire, à un débit et à une pression contrôlés, dans la chambre de pré-mélange (17) pour constituer un pré-mélange air-carburant, 3) dépression dans l'orifice conique (18) d'accès à la chambre (1) et projection du pré-mélange en fines goutelettes sur les pales de l'hélice (7) mise en rotation à grande vitesse alternativement par la dépression de la chambre 1 et par la pression d'injection air-carburant; 4) surpression dans la chambre (1) pendant la fermeture de la soupape d'admission et l'introduction du mélange sous pression, 5) dépression dans la chambre (1) à l'ouverture de la soupape pour un nouveau cycle. 6 - Dispositif selon les revendications I et 4, caractérisé en ce que la pompe 35, débite le carburant liquide sous pression dans une tuyauterie commune (36) distribuant celui-ci à chacune des quatre cylindrées par les tuyaux 37, 38, 39, 40, en ce que l'air primaire sous pression est généré par un compresseur de servitude.véhicules lourds. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la variation du débit du carburant admis dans chacune des chambres de gazéification est obtenue par un moyen de variation de vitesse de rotation de la pompe (35) à carburant liquide. 8 - Dispositif selon la revendications 6 et 7, caractérisé en ce que la variation du débit du carburant admis dans la chambre de gazéification est obtenu au moyen d'un électrovanne à ouverture variable coopérant avec le moyen de variation de vitesse de la pompe (35) pour affiner le réglage de ce débit.