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" Perfectionnements aux systèmes de vaporisation de combustible "
La présente invention se rapporte à an procédé et à an appareil poar la transformation de combustible liquide à l'état de vapeur, de sorte qu'il paisse être atilisé avec le meil- leur rendement, ainsi qu'à an moteur à combustion interne propre à être alimenté de combustible vaporisé.
Il a été reconnu depais longtemps que le combustible idéal pour beaucoup d'applications, par exemple pour le moteur à com- bastion interne, est an combustible vaporisé ayant sabi an chaaf- fage préalable. Partant de cette oonstatation , de nombreux chercheurs ont essayé d'obtenir un dispositif pour transformer des combustibles liquides à l'état de vapeur..Les difficultés, qui ont été rencontrées dans ces essais, ont empêché d'arriver à une solution satisfaisante du problème.
Il a fréquemment été proposé d'employer la chalear d'é- chappement d'un moteur à combustion interne poar le chauffage préalable de combustible liquide.Bien que ceci constitue un pas dans la bonne voie, cette disposition est encore loin d'at- teindrela condition idéale mentionnée ci-dessus . Le combustible li- qaide doit non seulement être soumis à an chauffage préalable, mais être complètement vaporisé, pour atteindre les rendements éle- vés qui sont si désirables.. Il existe de nombreases raisons pour lesquelles les essais faits jusqu'ici pour- le chaaffage préalable
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de combustible liquide n'ont pas eu poar résultat une vaporisa- tion complète de celui-ci.
Bien que les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne contiennent de la chaleur en quantité amplement suffisante poar vaporiser le combustible liquide, dans certaines conditions, ces conditions n'ont pas été atteintes en pratique jusqu'ici. conformément à des procédés employés jusqu'ici, la condui- te d'alimentation renfermant du combustible liquide est soumi- se à l'action de la chaleur des gaz d'échappement. Le combusti- ble liquide préalablement chauffé est pulvérisé par le carbure- teur du type habituel.
Le fait que la conduite d'alimentation est en contact intime avec la masse métallique toute entière du mo- tear permet au rayonnement de se prodaire à an degré tel que de la chalear ne peat pas être concentrée sar le combustible liquide en quantité suffisante pour le vaporiser complètement.
Une autre condition, s'opposant à la vaporisation com- Plète du combustible liquide, est la chaleur relativement élevée de vaporisation à la pression atmosphéique. Lorsqu'on fait arri- ver du combustible à un moteur ou autre appareil consommant du combustible, à la pression atmosphérique, une quantité très grande de chaleur est nécessaire Pour vaporiser le combustible à cause de la chaleur de vaporisation, Cette condition a empêché la vapo- risation complète de combustible liquide par la seule chalear des gaz d'échappement ou gaz brûlés,
En outre des difficultés dues aa.
rayonnement de chaleur et à la chaleur élevée de vaporisation à la pression atmosphéri- que, tous les systèmes proposés jusqu'ici pour vaporiser du com- bustible liquide avaient en vue l'utilisation d'une masse impor- tante de ce combustible et l'application de chaleur à celle-ci .
Il est évident que la quantité de chaleur, nécessaire Pour élever la température d'une masse importante de combustible liquide jas- qu'à la température de vaporisation, ne peut être obtenue à partir
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des gaz d'échappement. La quantité de chaleur nécessaire dépas- se celle dont on dispose à cet effet.
Un autre inconvénient encore des systèmes connus jas- qu'ici réside dans le manque d'an moyen quelconque pour des opé- rations de mise en,marche lorsque le dispositif de chauffage préalable ne fonctionne pas. Aucun dispositif connu du genre en question ne comporte de moyens pour le chauffage préalable du combustible liquide, de manière 2. vaporiser celai-ci de façon satisfaisante, avant que la chaleur des gaz d'échappement devienne disponible. Il est évident que c/est là un inconvénient sérieux, auquel est dû en grande partie l'échec da développement d'an système pratique, pouvant fonctionner industriellement, pour l'ali- mentation de combustible vaporisé à an appareil consommant celui- ci, tel qu'un moteur.
La présente invention concerne un procédé et un appa- reil permettant la transformation de combustible liquide à, l'état de vapeur et son alimentation à, un appareil consommant du coin- bastible, tel qu'un moteur à combustion interne, qui sont exempts des difficultés et des inconvénients caractérisant les essais faits jusqu'ici dans ce sens. L'invention est caractérisée par de nombreuses dispositions nouvelles pour remédier aux inconvénients des procédés et appareils, qui n'ont jusqu'ici pas réussi entière- ment à atteindre le résultat désiré.
Conformément à l'invention, on supprime des pertes excessives de chaleur par rayonnement, en isolant thermiquement les chambres dans lesquelles la vaporisation a lieu. un peat ainsi vaporiser complètement le combustible liqui- de , en utilisant une plus grande proportion de la chaleur disponi- ble. La chambre de vaporisation est non seulement thermiquement isolée, mais elle est également maintenue fermée,de sorte qu'une pression y est engendrée par la vaporisation , Au fur et à mesure que cette pression augmente, la chaleur de vaporisation est forte- ment réduite, conformément aux principes bien connus.
La pression régnant dans la chambre de vaporisation rôdait ainsi la quantité de chaleur nécessaire pour réaliser la vaporisation du conbustible.
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pour supprimer la quantité excessive de chaleur nécessaire pour maintenir une masse de combustible liquide à la température de vaporisation, conformément à l'invention, le combustible li- quide est introduit de façon continue par petites quantités , de sorte qu'il n'existe pratiquement pas de combustible liquide dans la chambre de vaporisation. Le combustible liquide n'est amené à, la chambre de vaporisation qu'au fur et à mesure qu'il s'y vaporise, Ce mode opératoire réduit encore la quantité de chaleur nécessaire au fonctionnement du système.
Pour assurer une vaporisation complète du combustible liquide lors'la' on met en marche l'appareil consommant celui-ci, moment auquel on ne dispose pas de gaz d'échappement chauds, il est prévu une chambre de vaporisation auxiliaire, propre à être chauffée par une source de chaleur autre que les gaz d'échappe- ment. On peut ainsi fournir du combustible complètement vaporisé à ka l'appareil,consommant celai-ci,lors de la mise en marche et sup- primer ainsi toute possibilité d'entraînement de combustible li- quide à l'appareil de consommation à partir da dispositif de va- porisation avant que ce dernier ait été chauffé par les gaz d'é- chappement.
En outre de ce qui précède, l'invention concerne un nouveau genre de moteur à. combustion interne, qui est spécialement pro- pre à être utilisé avec un système de vaporisation de combus- tible liquide, tel que déjà décrit ci-dessus de façon générale.
Le système de vaporisation comprend une source d'alimentation de combustible, telle qu'un réservoir d'alimentation, une pompe pour aspirer du combustible à. partir du réservoir et le refouler sous pression à un accumulateur ou réservoir sous pression, Ce réser- voir sous pression a pour but de produire une égalisation des pressions et la suppression de pulsations dues à la pompe. Du réservoir sous pression, le combustible liquide est amené à une chambre de vaporisation, en passant par des Soupases de retenue appropriées. La chambre de vaporisation est maintenue à une tem- pérature suffisamment élevée pour assurer une vaporisation rapide
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da combustible liquide qui lui est amené.
La chambre de vapori- sation est également raccordée à an appareil de consommation du combustible et, au fur et à mesure que le combustible vaporisé est distribuéà cet appareil à partir de la chambre, la pression dans cette dernière diminue de sorte que du combustible liquide addi- tionnel y est amené pour y être vaporiséa
Le moteur, qui représente un exemple particulier d'un grand nombre d'appareils destinés à utiliser le combustible vaporisé fourni par le système de vaporisation, est semblable, en général, aux types actaels de moteurs à combustion interne, mais e-st caractérisé par de nombreux points nouveaux, En premier lieu, comme on dispose d'une source sure de combustible vaporisé,
le carburateur habituel est supprime et le combustible vaporisé est amené aux cylindres du moteur aa moyen de la pression régnant dans la chambre de vaporisation. Il est prévu des soupapes spé- ciales pour contrôler l'alimentation de combustible vaporisé aux cylindres moteurs, les soupapes d'admission ordinaires du moteur étant utilisées pour admettre de l'air aux cylindres sous la pres- sion atmosphérique. En outre des soupapes de distribution in- dividaelles poar chaque cylindre, il peut également être prévu des soupapes principales pour interrompre l'arrivée de combusti- ble à tous les cylindres, lorsqu'on le désire. Il est également prévu un dispositif pour régler le moment dans le cycle moteur auquel le combustible vaporisé est admis dans les cylindres.
On peut ainsi employer des taax ou degrés de compression qu'il a jusqu'ici été impossible d'adopter avec les moteurs à carburateur ou les moteurs du type Diesel, ainsi que utiliser toas les degrés de compression avec lesquels des types connus de moteurs ont don- né de bons résultats. Il s'en sait également qu'en faisant arri- ver séparément l'air et le combustible vaporisé, la température des deux constituants du mélange carburé peut être plus élevée que s'ils étaient amenés sous forme de mélange et ensuite compri- més, car il n'y a ainsi pas de tendance à un allumage anticipé, aussi longtemps que les constituants du mélange sont séparés.
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Bien qu'on emploie de préférence un système d'allumage à étin- celles dans le moteur mentionné, il est également possible de cons- truire un moteur avec aato-allamage, pour profiter du combustible vaporisé produit par ;le système de vapordsation.
Dans la description détaillée de l'invention, on commencera par décrire le moteur, qui est destiné à, utiliser le combustible vaporisé produit par le système de vaporisation. L 'invention cemprend une forme particulière de système de vaporisation rac- cordé au moteur. Il sera ensuite décrit une autre forme du sys- tème de vaporisation, qui peut recevoir de nombreuses applica- tions autres que le motear à combustion interne.
Sur les dessins ci-joints :
La fig. 1 est une vue schématique en élévation d'un mo- teur à combustion interne suivant l'invention.
La fig. 2 en est une vue en plan.
La fig. est une vue de détail en coupe partie en arrachement du mécanisme servant à régler le moment d'injection du combustible vaporisé.
La fig. 4 est une vue en coupe longitudinale d'an dispositif de vaporisation de combustible suivent la ligneIV-IV de la fig. 1.
La fig. 5 est une vue en coupe transversale du dispositif de vaporisation de combustible, sensiblement à angle droit par rapport à. la coupe représentée sur la fig. 4.
La fig. 6 est une vue en coupe suivant la ligne VI-VI de la fig. 2.
La fig. 7 est une vue en coupe transversale suivant la ligne VII-VII de la fig. 1.
La fig. 8 est une vue en coupe transversale suivant laligne VIII-VIII de la fig. 1.
La fig. 9 est une vue schématique en élévation d'un moteur à combustion interne, suivant une forme de réalisation modifiée de l'invention.
La fig. 10 est un diagramme montrant des caractéristiques comparatives de moteurs du type à carburateur et de moteurs
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du type Diesel.
La fig. 11 est une vae schématique montrant un système de va- porisation complète pour du combustible liquide.
La fig. 12 est une vue en coape verticale de la chambre de vaporisation, à échelle agrandie.
La fig. 13 est ane vue en coupe horizontale suivant la ligne XIII-XIII de la fig. 12; et
La fig. 14 est une courbe 'montrant la relation entre la chaleur de vaporisation de la gazoline et la pression absolue.
En référence aax dessins, le motear à combustion interne 2 comprend plusieurs cylindres distincts 4,5,6,7,8,9, Le moteur 2 et les cylindres 4 à 9, inclusivement, représentent an moteur à combustion interne à allumage par des bogies ou à auto-allumage sous l'action de pression intér ieares élevées, comme dans un mo- tear Diesel. Les détails de ces moteurs sont bien connus et n'ont pas été représentés sur les dessins.
Pour l'alimentation de combustible vaporisé aax différents cylindres, ane pompe 11 est montée sur un carter 12. Il est bien entenda qae le carter 12 est supporté par la: base habituelle da moteur (non représentée).La pompe 11 est raccordée/entre ane conduite d'alimentation 14 et une conduite 15, allant à. un dispositif de cliaaffage ou de vaporisation 16. Da dispositif de vaporisation 16, ane conduite 17 va à un dispositif distributeur 18, servant à commander la distribution de combustible vaporisé à plusieurs soupapes 19,20, 21,22, 23, 24, correspondant aux cylin- dres 4 à 9, respectivement.
En référence plus particulièrement aux fig. 4 et 5, le dispositif de vaporisation 16 comprend une chambre principale de vaporisation 25, servant à transformer en vapeur du combustible liquide amené à cette chambre par la conduite 15. Une seconde chambre ou chambre auxiliaire 26 peat être raccordée directement entre les conduites 15 et 17 par an robinet 27, ou en série avec la chambre 25. Une source extérieure de chaleur, représentée sous la forme d'une résistance électriqae 28, enroulée autour de la
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chambre 26, un thermostat 29 pour régler l'énergie fournie à la résistance de chauffage 28, assure une température déterminée du combustible évacué de la chambre 26.
La température ,à laquel- le le combustible est évacué dans la conduite 17, est telle que la totalité du combustible est vaporisé dans celle-ci à une pres- sion dépendante de la chaleur de vaporisation du combustible, lorsque celui-ci. passe dans la conduite 17. Le thermostat 29 est monté dans un carter 30 et est relié à une tige 31, qui peut être reliée à un interrupteur de circuits (non représenté) commandant des circuits électriques allant à la résistance de chauffage 28.
La chambre 25 est montée dans une boite 32, avec des ailettes ou nervures 34 s'étendant radialement entre la paroi intérieure de la boite 32 et la paroi extérieure de la chambre 25. Ces ailettes ou nervures 34 assurent un mouvement longitu- dinal des gaz d'échappement pénétrant dans le dispositif de vapori- sation 16 Par une conduite 35. Les gaz d'échappement, sortant de la conduite 35, s'écoulent dans le sens longitudinal da disposi- tif de vaporisation 16, en travers de son extrémité et le long de son côté opposé jusqu'à, une conduite de décharge 36, comme re- présenté par les flèches sur la fig. 5. Bien qu'il n'ait été re- présenté qu'une paire d'ailettes 34, il est bien entendu qu'on peut faire varier comme on le désite le nombre de ces ailettes.
Four fournir an dispositif de vaporisation 16 l'énergie thermique provenant des gaz d'échappement du moteur , la con- duite 35 est raccordée à un collecteur d'échappement 37 monté sar le moteur, comme représenté sur la fig. 1. Les gaz d'échappe- ment, en passant autour de la chambre 25, transmettent leur énergie thermique au combustible, qui est amené à cette chambre par la conduite 15.
Le combustible, venant de la conduite 15, passe par un conduit de forme rectangulaire 38, ménagé dans le robinet 27. Ce conduit de passage 38 peut être raccordé avec un conduit 39,mé- nagé dans une plaque d'extrémité 40, fermant le dispositif de va-
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porisation 16. Le conduit 39 débouche direr;tem9ut
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25. De cette chambre 25, an conduit 41 communique avec an conduit
42 dans le robinet 27. Le conduit 42 communique à son tour avec an conduit 44, ménagé dans la plaque 40 et communiquant avec an conduit 45 dans le fond 46 de la chambre 26. Le fond 46 et la plaque 40 sont assemblés par des écrous 47, vissés sur des bou- lons 48 ancrés à la boite 32.
De la chambre 26, du combustible vaporisé passe par un coudait 49, ménagé dans le fond 46, dans un conduit 50, ménagé dans la plaque 40. Ce conduit 50 aloutit à la conduite 17. Le conduit rectangulaire 38 et le robinet 27 com- muniquent également avec un conduit 51, s'étendant travers la partie extérieure de la plaque 40. et le fond 46. En faisent tourner le robinet 27, on peut raccorder la conduite 15 directement à la chambre 25 ou à la chambre 26, ou bien on peut fermer la conduite 15, comme représenté sur la fig. 50
Pour la mise en marche d'un moteur à combustion interne suivant l'invention, on ouvre an robinet d'arrêt 54, commandant une conduite raccordée à la chambre 25, pour décharger cette chambre 25.
On fait alors tourner le robinet 27, de façon à per- mettre l'écoalement de combustible à partir de la conduite 15, par le conduit 51, la chambre 26, les conduits 49 et 50, dans la conduite 17. On a aparavant mis en circuit la résistance de chaaffage 28, pour amener la chambre 26 à la température désirée, à laquelle le combustible pénétrant dans cette chambre est complè- tement vaporisé. Aussitôt que le moteur se met en marche et que le collecteur d'échappement 37 et la boite 32, entourant la chambre 35, sont chauffés à un degré suffisant, on fait tourner le robinet 27 de telle manière que le combustible soit d'abord in- troduit dans la chambre 25 par le conduit 39.
Le mouvement angu- laire du robinet 27 amène également les uonduits .il, 42 et 44 en alignement, de sorte que les chambres 25 et 26 sont raccordées en série. Parsuite, le combustible vaporisé, se déplaçant de la chambre 25 dans la chambre 26, est chauffé dans cette chambre 26 à la température désirée et est porté à la pre ssion de vapor isa- tion correspondante.
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Lorsque le moteur est en marche dans des conditions telles qu'une quantité d'énergie thermique suffisant soit dis- ponible dans la chambre 25 pour vaporiser le combastible, le thermostat 29 entre en action de façon interrompre la connexion entre la résistance de chauffage 28 et la source d'énergie êlec- trique qui l'alimente, bien que le combustible vaporisé dans la chambre 25 continue à passer travers la chambre z6. Si la température du combustible vaporisé, traversant la chambre 26, descend en-dessous d'une valeur déterminée par le réglage du thermostat 28, ce dernier rétablit la connexion entre la résis- tance de chauffage et sa source d'alimentation en énergie élec- trique.
Aveu cette construction, la chambre 26 sert à la fois de dispositif de chauffage, produisant du combustible vaporisé pour la mise en mrache du moteur, et de dispositif de chauffage d'appoint pour la chambre 25.
De préférence, le dispositif de vaporisation 16 tout entier est recouvert d'une couche 52 de matière thermiquement iso- lante,par exemple d'amiante. Le robinet 27 comporte une garniture d'étanchéité 27a, pour empêcher des faites de combustible vapori- sé.
En référence aux figs. 1, 2 et 7, le dispositif distribo.- tour 18 est actionné à la main ou. mécaniquement par une tige de traction 55, reliée à un bras d'un levier à deux bras 56 , monté sur un arbre 57, porté par le carter 12. L'autre bras de ce le- vier 56 est relié par une bielle 58 à un bras 59, monté sur une console 60, portée par le carter 13..Le bras 59 est fixé rigide- ment sur une extrémité d'un arbre 62, sur lequel est également fixée une came 64. Cet arbre 62 s'étend à travers une ouverture 65, ménagée dans un fer cornière de support 66, montée sur la con- sole 60.
Le mouvement de la tige de traction 55 fait tourner la came 64, de telle sorte qu'elle appuie contre la tête 67 d'un plongeur 68, s'étendant versle bas à travers une boita à bour- rage 69 dans le dispositif distributeur 18 et portant uns soupa-
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pe 70. Cette soapape 70 coopère avec, un siège 71, ménagé dans la boite du dispositif distributeur 18.
La soupape 70 comprend une partie supérieure 72 et une partie inférieure 74, présentant des inclinaisons différentes, la partie supérieure 72 ayant une inclinais on plus forte que la partie inférieure 74, de sorte qu aa débat de l'ouverture de la soupape, un petit coudait de pas- sage poar le gaz est rendu libre et que, lors du mouvement ulté- riear d'ouverture de la soupape , an conduit de passage proportion- nellement plus grand est rendu libre, Un ressort à boudin 75, disposé entre la boîte à bourrage 69 et la tête 67 du plongeur
68, repousse cette tête en engagement avec la came 64.
Lors de l'ouverture du dispositif distributeur 18, du combustible vaporisé, soas la pression correspondant à la chaleur de vaporisation, passe par la conduite 17, entre la soupape 70 et le siège de soupape 71 et dans la conduite 76, communiquant avec les différents cylindre 4,5,6,7,8,9, par les différentes soapa- pes 19, 20, 21,22,23,24, respectivement.
En référence plus particulièrement aux figs. 1, 3, 7 et 8, les différentes soupapes 19 à 24 sont commandées par un arbre 77 poavant être déplacé longitudinalement dans le carter 12.
L'arbre 77 est supporté par des paliers 78 dans le carter 12; an de ces paliers est représenté sar la fig. 3. Dans an collier 79, monté près d'une extrémité de l'arbre 77, est engagé an galet 80, porté par an bras 81, supporté par l'arbre 57 dans le carter 12.
L'arbre 57 comporte an bras 84, au quel est reliée une tige de traction 85. Un déplacement longitadinol de l'arbre 77 dans le carter 12 sert à modifier le moment auquel les différentes soupa- pes 19 à 24 sont actionnées, comme décrit ci-après, en permet- tant une variation ou an réglage du moment auquel les soupapes respectives sont actionnées, de façon à s'ouvrir et à admettre du combustible vaporisé dans les différents cylindres,pondant les coarses de compression dans ceux-ci.
En référence plas particulièrement à la fig. 8, qui re- présente la soapape 19, une came 86, montée sar l'arbre 77, agit
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sar an poussoir 87, s'étendant vers le haut à travers la partie supérieure du carter 12 et portant une vis 88, de position régla- ble sur ce poussoir.
La vis 88 vient en engagement aveu un bubtu- teur 89, monté sar un arbre 90, s'étendant entre des oreilles 91 sur le uarter 12, L'extrémité extérieure du culbuteur 89 agit sar la tête 92 d'un plongeur 94, s'étendant vers le bas à travers une ouverture 95, ménagée dans ane plaque de support 96, pour ac- tionner une soupape (non représentée), servant à régler l'admis- sion de combustible vaporisédans le cylindre 4. En faisant va- rier la position angulaire de la came 86 dans le carter 12, on peut faire Xarier le moment où le plongeur 94 est actionné.'
Comme les son-papes 19,29,21,22,23 et 24 sont semblables, il n'est décrit que la soupape 19.
L'arbre 77 est animé d'un mouvement de rotation, de façon à amener les cames 86, qui sont clavetées oa autrement fixées sur cet arbre, en engagement avec les différents poussoirs 87, correspondant aux différentes soupapes 19 à 24,- par un pignon conique 97, en prise avec un pignon conique 98, porté par un ar- bre 99. Si le moteur comporte des bougies d'allumage, an dis- tributeur électrique 100 peat également être actionné par l'ar- bre 99, qui peut être commandé par l'intermédiaire du train habi- tael ddengrenages (non représenté). Le pignon conique 97 est muni d'une clavette 101, logée dans une rainure 102, près de l'ex- trémité d'un moyeu 104. L'extrémité extérieure du moyeu 104 est munie d'un filetage intérieur 105, pour recevoir une vis de ser- rage lQ6.
Le moyeu 104 est monté dans des paliers à billes 107, dont l'anneau extérieur 108 est monté dans le carter 12. Une bride annulaire 109 sur le pignon conique 97 vient en engagement avec la face extérieure de l'anneau intérieur du palier billes 107. Au-delà da palier à billes 107, le moyeu 104 comprend une partie de plas grand diamètre 110., sur laquelle sont taillées plusieurs dents hélicoïdales 111. Un bout d'arbre 112 , ménagé à l'extrémité du moyeu, 104, est entouré d'un manchon 114,logé dans un évidement 115 à l'extrémité de l'arbre 77..
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Cette construction permet un mouvement relatif da rotation du moyen 104 et de l'arbre 77. Un conduit de gtaissage 116 est ménagé à travers la came 86, l'arbre 77 et le manchon 114 pour l'- brifier le bout d'arbre 112.
L'extrémité tabulaire extérieure 117 de l'arbre 77 présente un diamètre plas grand, de façon à remplir sensiblement l'ouverture ménagée dans le carter 12 et se termine par des dents 118, faisant saillie vers l'intérieur, s'engageant entre les dents hélicoïdales 111. lors du mouvement de rotation du moyeu 104, l'engrenèrent entre les dents 118 et 111 produit an mouvement de rotation de l'arbre 77 et des cames 86 fixées sur celui-ci.
Lorsqu'on désire faire varier le moment où sont , actionnées les soupapes d'injection de combustible vaporisé, en faisant varier les positions relatives de leurs différentes cames de commande par rapport à l'arbre 99, on déplace longitudinalement l'arbre 77 par la manoeuvre du bras 81 et du collier 79. Lorsque l'arbre 77 se déplace longitudinale ment, les dents 118 glissent le long des dents hélicoïdales 111 , en produisant un mouvement relatif de rotation entre l'arbre 77 et le moyeu 104. Corme ce moyeu 104 est directement relié par les pignos uoniques 97 et 98 à l'ar- bre 99, un mouvement relatif entre le moyeu 104 et l'arbre 99 est empêche en assurant ainsi le mouvement des cames 86 relative& ment à l'arbre 99.
De l'air est amené séparément aux différents cylindres par une valve 120, représentée plus particulièrement sur les figu- res 2,6 et 7. Un collecteur d'air 121, monté sar le moteur 2, est raccordé à la valve 120. Cette valve 120 comprend une pièce exté- rieure cylindrique 122, compo rtant une partie entaillée 124. Une pièce intérieure, en forme de cuvette cylindrique 125, avec une partie entaillée 126, obture la partie entaillée de la pièce extérieure 12'2.
Un bras 127, monté sar une tête carrée 128a, soli- daire de la pièce 125 ,est relief par une bielle 128 au levier 56 de sorte que lorsqaêon actionne la tige de traction 55,les par- ties entaillées 124 et 126 sont amenées en coïncidance de façon
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à permettre l'entrée d'air dans le colleotear 121. En même temps le dispositif distributeur 18 est oavert. Une chemise de refroidis- sement 129 et une conduite 130 raucordée celle-ci, permettent le refroidissement du moteur '2.
Le fonctionnement est le saivant- : Il sera supposé que le piston dans le cylindre 4 se troave à la limite supérieure de sa course et que les soapapes habituelles d'admission et d'é-
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chappe me nt se trouvent dans la position correspondant 2-la coarse d 'aspisation,c 'est -2o-dire que la soupape d/admission est oaverte et la soupape d'éphappement fermée. Dorsçaae le piston se déplace vers le bas, dans sa course d'aspiration, de l'air est aspiré par la soapape à' aàmission, çai , dans le type ordinaire de moteur à combustion interne, sert à l'admission d'un mélange de combustible
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et d'air.
Conformément 8, la présente invention, le uombabtible, n'est pas admis pendant la course d'aspiration, mais est introduit sous pression à un moment désiré quelconque dans le cycle moteur de préférence pendant la caurse de compression.
A la fin de la course d'aspiration, les soupapes d'ad- mission et d'échappement du cylindre 4 sont toutes deux fermées et l'air, emprisenné dans le cylindre, est comprimé lorsque le pis- ton remonte.AUn moment choisipendant la coarse de compression,
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la soupape 19 est ouverte pour permettre à du ocmbustible vapo- riséde passer de la conduite 76 dans le cylindre 4. Pendant le reste de la course ascendante da piston, l'air et le combustible vaporisé sont complètement mélangés et , au moment convenable, le
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mélange est allumé par une étincelle.
Des soupapes d'admission et d'échappement du cylindre 4, qui servent à admettre de l'air sealeoent aa cylindre et à en évaeaer les gaz brûlés, respective- ment ,ne sont pas représentéesni décrites en détail, car elles ont la construction habituelle des types actaels de moteurs à com- bastion interne. Bien que l'invention ait été décrite dans son
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application à an Llotel.1.r comportant an système dtallamape à bougies, il est bien entendu qu'elle est également applicable à des moteurs dans lesquels l'allamage est prodait automatiquement par la
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température et la pression auxquelles le mélange explosif est soumis.
On verra par de qui précède, que le combust ible vaporisé et l'air, constituant le mélange explosif, sont introduits séparé- ment dans le cylindre. Par suite de cette disposition, on peut utiliser une partie beaucoup plus grande de la chaleur des gaz d'échappement qu'il n'a été possible jusqu'ici avec les nombreux systèmes de chauffage préalable du combustible proposé jusqu'ici.
Conformément à ces systèmes, le combustible et l'air étaient mélan- gés avant leur introduction dans le cylindre. La température da mélange explosif, au moment de son introduction darib le cylindre était par conséquent maintenae en-dessous du point d'explosion pour empêcher un allumage anticipé .
Comme le combustible va- porisér est admis séparément dans le moteur suivant l'invention, sa température peut être plus élevée que celle à laquelle explose an mélange vaporiséde combustible et d'air. On peut ainsi ati- liser une partie plus grande de la chaleur des gaz d'échappement et obtenir les résultats désirablesdus à une vaporisation com- plète du combustible liquide et un chauffage préalable du combustible vaporisé à uns température élevée.
Bien qu'il soit préférable d'introduire le combustible vaporisé pendant la course de compression, l'invention n'est pas limitée à cette disposition, car le combustible vaporisé peut ét re introduit pratiquement à un moment quelconque pendant la course d'aspisation aussi bien que pendant la course de com- pression . Le mode de fonctionnement du moteur suivant l'invention, après l'explosion du mélange de combustible et d'air, est sembla- ble à celui d'un moteur ordinaire à combustion interne et n'est par suite pas décrit en détail.
Comme résultat de l'alimentation séparée d'air et de combustible vaporisé au moteur et de leur mélange pendant la course de compression des différents cylindres, on peut produire le combustible vaporisé sous la pression due2 la chaleur de va- porisation du combastible. rendant la période de mélange du com-
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bustible vaporisé et de l'air, le mélange peut être comprime davantage que lorsqu'un combustible, préalablement mélangé à de l'air, est préalablement aspiré dans le cylindre, comme c'est le cas dans un moteur muni d'un carburateur.
Pendant la période de mélange du combustible vaporisé et de l'air dans le cylindre,le mélange peut être amené à aile pression qui provoquerait an allamage anticipé ou an cognement dans un moteur du type à car- burateur.
En introduisant le combustible vaporisé dans le cylin- dre d'un moteur Diesel sensiblement avant la fin de la course de compression, on peut profiter du retard, dû à. la décomposition du combustible, préalablement à une combustion complète et uniforme de celui-ci, pour terminer la course de compression dans la pres- sion excessive utilisée jusqu'ici à la fin de la c ourse dans le moteur Diese 1.
Lorsqu'on fait varier les positions des différentes cames 86, on détermine l'injection da combustible vaporisé dans les différents cylindres, de manière à pouvoir régler le moment d'injection pour différentes conditions de charge, sans produire an cogne ment ou an allumage anticipé dans les cylindres. Avec cette construction, on peut faire marches un moteur avec des pres- sions intérieures qui peuvent être comprises dans la z8ne C, cor- respondant destaux de compression ne convenant pasjusqu'ici pour des motears utilisant les combustibles habituels , sur la fig. 10; dans celle-ci, la ligne A se rapporte aux moteurs à carbu-. ratear et la ligne B aux moteurs Diesel.
Le prix en francs par cheval-vapeur heure, pour les moteurs du type à carburateur et les moteurs Diesel, est indiqué en ordonnées, en fonction du taux de compression, indiqué en abscisses. Par " taax de compression", il tant entendre le rapport entre le volume total d'un cylindre et le volume de l'espace mort entre la calasse du cylindre et le piston, au moment de la compression maximum, c'est-à-dire à la fin de la coarse de compression.
La fig. 9, dans laquelle les mêmes parties que celles
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de la forme de réalisation suivant les figs. 1 à 8, inclusivement, sont désignées par les marnes nombres de référence avec un indic prime, représente une forms de réalisation modifiée de l'inven- tion, dans laquelle le moteur est mis en marche au moyen d'an dispositif à valve 131, qui est raccordé au collecteur 121'.
La valve 131 joue le rôle d'un carburateur de départ et est ac- tionnée par une tige de traction 132. bette valve 131, lorsqu'elle est ouverte, permet le passage de combustible, provenant de la pompe 11', par une conduite 134, la valve 131 et une conduite 135, débouchant dans ane ouverture 136 dans le collecteur 121'. Sur la fig. 2, cette ouverture 136 est représentée comme étant fermée par un t a mpo n.
L'ouverture 136 est située au-dessus du conduit communi- quant avec; la valve 12Q, représentée sur la fig. 2, de telle sorte que lors de l'arrivée brusque d'air par la valve 120 dans le collecteur 121', du combustible s'écoulant par la conduite 135 Se mélange avec l'air, lorsque celui-ci est aspiré dans le collec- teur. Le mélange combustible ainsi formé est aspiré dans les dif- férents cylindres 4' à 8' et est atilisé pour la mise en manche avant qu'un dispositif de vaporisation 137, relié à l'échappe- ment du moteur, soit devenu suffisamment chaud pour vaporiser le combustible liquide qui le traverse. Au moyen de la valve 131, communiquant avec le collecteur 121' , on peut mettre le mo- tear en marche sans qu'une période quelconque de chauffage initial soit nécessaire.
Le dispositif de vaporisation 137 correspond au disposi- tif de vaporisation 16, sauf qu'il n'y a pas de chambre de va- porisation auxiliaire, correspondant ',, la chambre 26. Une valve 138 est disposée dans l'extrémité da dispositif de vapor isat ion 137, pour commander l'écoulement du combustible à partir de la pompe 11', par une conduite 15.' à travers le dispositif de vapori- sation 137 et une conduite 17' au distributeur 18'.
L'échappement du moteur est raccordé par une conduite 35' au dispositif de va- porisation 137, auquel est également raccordée une conduite d'é-
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chappement 56'.La construction intérieure du dispositif de vapo- risation 137 correspond essentiellement à la construction inté- rieure de la chambre 25 représentée sur les figs.4 et o. Dans le fonctionnement de l'appareil suivant cette forme de réalisation de l'invention,on met le moteur en marche en ouvrant la valve 131 pour admettre du combustible liquide dans le collecteur 121'.
Après que le dispositif de vaporisation 137 est devenu suffisam- ment chaud,on fait tourner la valve 138,pour permettre l'écoule- ment de combustible à travers le distributeur 18'.Le combusti- ble liquide est vaporisé dans le dispositif de vaporisation 137 et arrive dans la conduite 76',en passant par le distributeur 18',qui correspond au distributeur 18 représenté sur la fig.l.
Les figs.ll à 14 représentent un système de vaporisation de combustible liquide,destiné à fournir du combustible vaporisé à un appareil quelconque propre à consommer ce combustible.
Dans des essais faits en vue de l'alimentation,de combustible liquide sous forme de vapeur, on s'est jusqu'ici efforcé de vaporiser le combustible liquide sensiblement à la pression atmosphérique et d'utiliser les vapeurs ainsi obtenues.Il a été constaté que ce mode d'obtention de combustible vaporisé n'est pas satisfaisant,et cela pour plusieurs raisons.Lorsqu'on chauffe le combustible sensiblement à la pression atmosphérique, les vapeurs plus légères tendent à être chassées et les frac- tions plus lourdes du combustible liquide ont tendance à se dé- poseur les parois du récipient.
L'application continue de cha- leur au dépôt,constitué par les éléments plus lourds du combus- tible, a pour résultat une formation de coke sur les parois du récipient dans lequel le chauffage a lieu.Le dépôt de coke abaisse le rendement thermique de l'appareil de vaporisation,en exigeant ainsi l'application d'une chaleur considérable pour continuer l'opération de gazéification.La valeur,comme combustible,de la matière ainsi déposée est également perdue,ce qui réduit la valeur calorifique des gaz obtenus à partir d'une quantité donnée de combustible liquide.
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On rencontre également des difficultés à obtenir une énergie volumétrique suffisante des gaz résultants.L'expression "énergie volumétrique" désigne la quantité d'énergie thermique potentielle contenue dans un volume donné de gaz.Il est bien connu que certains mélanges de gaz à des températures élevées ne contiennent pas assez de combustible, à l'état gazéifié,pour fournir le travail exigé de l'appareil qui est alimenté de com- bustible.Cet état est fréquemment appelé "un mélange trop pau- vre".On peut y obvier en abaissant la température du mélange ga- zeux.Toutefois,un abaissement quelconque dans la température du mélange gazeux ,fourni à un moteur à combustion interne ou autre appareil,doit être compensé,par exemple en élevant la tem- pérature du gaz au moment où il est brûléou autrement utilisé.
Conformément à l'invention,on fait arriver les gaz combustibles à un appareil destiné à consommer ceux-ci, tel qu'un moteur à combustion inte:rne,un appareil de chauffage ou analogue, à l'état sec et sous une pression telle que l'énergie volumétri- que du gaz convient pour son application à l'appareil alimenté de gaz combustible.Pour obtenir une telle masse gazeuse,on refoule du combustible liquide sous pression à travers un dis- positif,divisant mécaniquement ce liquide.Le liquide,ainsi méca- niquement divisé,est introduit dans une chambre de vaporisation à une vitesse telle qu'il ne se produit pas de dépôt du combus- tible liquide.Un dépôt de combustible liquide tendrait en ef- fet à donner lieu à la formation de coke dans la chambre de va- porisation,comme décrit plus haut.
De la chaleur estfournie à la chambre de vaporisa- tion par un dispositif de chauffage,placé à l'intérieur de cette chambre, tel qu'Un dispositif de chauffage électrique.La chambre est fortement isolée thermiquement,pour conserver la chaleur., Le combustible,divisé mécaniquement et injecté dans la chambre à cette température et sous pression,se vaporise avec un accroisse- ment notable de volume. Toutefois, en raison de la pression axer- cée sur le gaz,l'énergie volumétrique du gaz reste élevée et la
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température du gaz assure le maintien de celui-ci à l'état sec.
Il est également prévu des moyens pour régler le dispositif de chauffage suivant ce qu'on exige de l'appareil, et il est également prévu des moyens pour amorcer la vaporisation du combustible.
La figure 11 représente un réservoir à combustible liqui- de 142,comportant un orifice d'entrée 143 et un orifice de sortie 144.Cet orifice de sortie 144 est raccordé à une pompe 145, qui refoule le combustible liquide sous pression par une conduite 146 à un réservoir sous pression 147.Ce réservoir sous pression est muni d'un manomètre 148 et d'une cloche 149,pour égaliser la pression.
Le réservoir sous pression 147 est raccordé par une conduite 150 à un appareil de vaporisation 151.La conduite 150 comporte une valve d'admission de combustible 152,,pouvant être actionnée à la main ou automatiquement suivant la quantité de combustible nécessaire.
En référence aux figs. 12 et 13, l'appareil de vapori- sation 151 comprend une caisse métallique intérieure mince lo4, délimitant une chambre de vaporisation.uette caisse 154 compor- te une ouverture axiale 155, dans laquelle est monté un dispositif de chauffage 156.L'extrémité supérieure de la chambre de vapo- risation est fermée par un chapeau 157, raccordé à une conduite de sortie 158,allant à un dispositif à alimenter de combustible vaporisé,tel qu'un moteur à combustion interne,un poële et/ou un appareil quelconque utilisé dans un procédé mécanique ou chi- mique désiré quelconque, Il est bien entendu que la présente in- vention se rapporte de façon générale à la gazéification de com- bustible liquide,
et n'est nullement limitée à l'application d'un combustible gazéifié à un usage particulier quelconque.
L'appareil de vaporisation 151 comprend une enveloppe extérieure thermiquement isolante 160,qui s'étend autour de la surface extérieure de la caisse 154 et par dessus le chapeau 157.
La présence de cet isolant thermique assure la conservation de la chaleur dégagée par le dispositif de chauffage lb6 et l'utili-
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sation de cette chaleur pour la gazéification du combustible, - comme décrit plus complètement ci-après,au lieu de permettre une perte de chaleur par rayonnement.Comme la température dans la chambre de vaporisation doit être maintenue à une valeur suffi- sante pour assurer la vaporisation complète de la totalité du combustible liquide amené à celle-ci,et comme le volume de com- bustible liquide amené à la chambre de vaporisation par -unit,--' da temps varie,comme décrit ci-après,il est bon,pour obtenir une gazéification convenable du combustible,
que le dispositif de chauffage soit placé à l'intérieur de la chambre de vaporisation, de telle sorte que la chaleur dégagée par ce dispositif de chauf- fage soit rapidement transmise au gaz,Les conditions précédentes rendent peu avantageux l'emploi de brûleurs plaças à l'extérieur.
Une autre raison de l'emploi d'un dispositif de chauf- fage intérieur consiste en ce que toute la charibre doit être maintenue à une température sensiblement constante,pour empêcher la formation de zônes de températures différentes dans celle-ci.
Cette condition exige un isolement thermique par rapport à l'ex- térieur, sensiblement sur toute la surface extérieure de la cham- bre de vaporisation.
Le combustible liquide est amené à la chambre de vapo- risation en passant par la conduite 150 et lavalve 152. Ce com- bustible liquide est refoulé à travers un diaphragme poreux 161, placé sensiblement à la partie inférieure de la chambre de vapo- risation,de façon à être divisé mécaniquement en particules très fines.Pour empêcher l'accumulation d'une masse de liquide,qui pourrait être soumise à la distillation,à la partie inférieure de la chambre de vaporisation,on place le diaphragme sensiblement à la partie inférieure de cette chambre,et on règle la vitesse, à laquelle le combustible est refoulé à travers ce diaphragme,de telle manière que la quantité de combustible liquide fournie à la chambre ne soitjamais supérieure à celle qui peut être trans- formée en un gaz par la chaleur dont on dispose.
Cette disposition évite la formation de coke dans lechancre ,le vaporisation et
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assure la transformation des fractions plus lourdes du.. combusti- ble liquide ainsi que des fractions plus légères à l'état gazeux, de telle sorte que sensiblement la totalité du combustible liqui- de fournie à la chambre de vaporisation est susceptible d'être utilisée.Lorsqu'on laisse les fractions plus lourdes du combus- tible liquide s@accumuler et se cokéfier sur les parois d'une chambre de vaporisation,leur valeur comme combustible est perdue, ce qui diminue le rendement total de l'appareil qui est alimenté de combustible.
Le combustible,pendant sa transformation de l'état li- quide à l'état gazeux par absorption de chaleur,augmente de vo- lume.La pression dans la chambre de vaporisation est maintenue au moins au dessus de la pression atmosphérique.Pour certaines applications,les pressions peuvent s'élever jusqu'à 45,5 kg/cm2.
En général,la pression de régime varie de 7,7 à 45,b kg/cm2,bien que,pour d'autres applications, on puisse utiliser une pression qui n'est que légèrement supérieure à la pression atmosphérique.
Les valeurs ci-dessus sont données uniquement à titre d'exemple et ne doivent pas être considérées comme limitatives,étant donné qu'on peut faire varier la pression dans la chambre da vaporisa- tion suivant le travail exigé de-celle-ci.
Comme le gaz est sous pression,la quantité de combustible disponible par unité de volume de gaz est plus grande que lorsque le combustible ee trouve à l'état de gaz à la pression atmosphérique.Cet état est désigné comme l'énergie volumétrique du combustible.Un gaz chauffé peut posséder une énergie volu- métrique si faible qu'il ne peut être utilisé comme combus- tible pour beaucoup d'applications,en particulier pour des mo- teurs à combustion interne.En faisant passer le combustible de l'état liquide à l'état de vapeur sous l'action de la chaleur et sous pression,il est possible d'accroître notablement l'énergie volumétrique du gaz et, en même temps, de maintenir le gaz à l'état sec.
Le dispositif de chauffage 156 est représenté sous forme
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d'une résistance électrique,placée dans l'ouverture lb5 de la - caisse 154 et disposée au dessus de la partie supérieure du dia- phragme 161. De l'énergie électrique est fournie au dispositif de chauffage 156 par des conducteurs L1 et L2 d'un circuit d'alimen- tation.Le conducteur L1 est connecté à unrégulateur 162, s'étendant dans la, chambra de vaporisation lb4.Ce régulateur 162 peut - -- être sensible à l'action de la température,ou de la pression, ou de ces deux facteurs,comme on le désire.Dans le cas où la pression ou la température dans la chambre de vaporisation devient excessive,
le régulateur 162 interrompt le circuit d'alimentation du dispositif de chauffage 156,en l'isolant ainsi du circuit de distribution de force. Les détails particuliers de construction du régulateur 162 ne font pas partie de la présente invention,et il est bien entendu qu'il existe sur le marché de nombreux types différents de régulateurs,qui sont propres à remplir le rôle exigé
En fournissant de l'énergie thermique à la chambre de vaporisation à partir d'une source qui ne dépend pas du combus- tible qui est passé à travers la chambre de vaporisation,on peut obtenir du combustible gazeux avant l'admission initia.le de com- bustible à un appareil quelconque relie à la chambre de vaporisa- tion.De même,lorsque les besoins en combustible augmentent,la chaleur,
dont on dispose pour transformer le combustible en un gaz dans la chambre de vaporisation,n'est pas affectée par les chan- gements se produisant dans l'état du gaz engendré dans la chambre de vaporisation..Lorsqu'un2 chambre de vaporisation dépend des gaz d'échappement provenant d'un appareil relié à cette chambre, ou d'un brûleur alimenté par des gaz engendrés dans celle-ci,on rencontre des difficultés pour mettre en marche l'appareil au dé- but, car cet appareil se trouve à l'état froid et il n'y a pas de chaleur disponible pour gazéifier au début un combustible quel- conque.Après que l'appareil relié à la chambre de vaporisation commence à travailler,
la quantité de chaleur disponible pour le chauffage de la chambre de vaporisation varie suivant le travail exigé de cet appareil.On supprime ces difficultés en fournissant
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de l'énergie thermique à la chambre de vaporisation à partir d'une source indépendante du combustible gazéifié,
On réglè le débit de la chambre de vaporisation au moyen d'une valve placée sur la conduite de sortie. Sur la fig. 11, une valve 164 est représentée sur la conduite de sortie 158.
Cette valve 164 est reliée par une'bielle 165 à la valve 152 d'admission de combustible liquide. La manoeuvre de la valve 164 en vue d'augmenter ou diminuer la quantité de gaz fournie par la chambre de vaporisation, produit un déplacement de la valve 152 d'admission de combustible liquide, de façon à augmenter ou di- mnuer de manière correspondante l'admission de combustible li- quide à la chambre de vaporisation. Les valves 164 et 152 occu- pent en temps normal une position intermédiaire , ni complète- ment ouverte ni complètement fermée, dépendant de la quantité de combustible nécessaire à un moment considéré quelconque.
Les figs. 12 et 13 représentent une forme de réalisation légèrement différente de la valve régulatrice. Cette value 164a est constituée par une plaque 166, placée entre la caisse
154 et le chapeau 157. Cete plaque 166 comporte des ouvertures
167, par lesquelles le gaz s'échappe de la chambre- de vaporisa- tion. Un disque 168 est monté de façon à pouvoir tourner sur la surface supérieure de la plaque 166. Ce disque 168 comporte des ouvertures 169, qui coopèrent avec les ouvertures 167 de la plaque 166, pour permettre le passage du combustible gazéifié.
Lorsqu'on fait tourner le disque 168 par rapport à la plaque 166, les sections transversales en alignement des ouvertures 167 et 169 varient, en faisant ainsi varier la quantité de combustible passant de la chambre de vaporisation 154 dans la conduite 158 .
On fait tourner le disque 168 au moyen d'un arbre 170, s'éten- dant vers le haut à travers une ouverture 171 ménagée dans la paroi inférieure de la chambre 154, à travers la chambre 154, travers un presse-étoupe 172 ménagée dans la caisse 154, et une ouverture 175 dans la plaque 166 . L'extrémité de l'arbre 170 est filetée pour recevoir un écrou de blocage 176, servant à fixer le disque 168 sur cet arbre . Un collet 177 est ménagé sur
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l'arbre 170.extérieurement à l'isolant thermique 160 à la partie m inférieure de l'appareil de vaporisation.
Pour régler l'admission de combustible liquide dans la cham- bre de vaporisation proportionnellement à la manoeuvre de la val- ve 164a,l'arbre 170 porte un pignon conique 178,en prise avec un pignon conique 179,solidaire de la valve 152a d'admission du com- bustible.Lors du mouvement de rotation de l'arbre 170,produit de toute manière appropriée, les sections effectives de passage, constituées par les parties en coïncidence des ouvertures 167 et
169 ,varient.
Lorsque les parties en coïncidence de ces ouvertures augmen- tent de section,en augmentant ainsi la quantité de gaz fournie par la chambre de vaporisation,la valve 152a d'damission de com- bustible liquide est automatiquement ouverte de façon à accroître la quantité de combustible liquide arrivant sous le diaphragme 161.Lorsqu'on fait tourner le disque 168,de manière à réduire la section effective des orifices conduisant de la chambre de vapo- risation 154 à la conduite 158,la valve 152a est également fer- mée de façon à réduire la quantité de combustible liquide fournie à la chambre de vaporisation.
Dans l'une et l'autre variantes de l'invention (fig.ll et figs. 12-13), on règle la quantité de combustible liquide fournie à la chambre de vaporisation de telle manière qu'elle soit pro- portionnelle au débit de combustible vaporisé de la chambre de vaporisation,pour empêcher qu'il s'accumule une masse de liquide à la partie inférieure de la chambre de vaporisation.
Comme représenté sur la fig.ll,une valve de sûreté 180, ac- tionnée par la pression régnant dans la chambre,commande une val- ve 181,montée dans la conduite 150,dans le cas où la pression dans la chambre de vaporisation devient excessive.La valve 180 est munie d'un diaphragme 182.La surface supérieure du diaphragme est reliée par une conduite 184 à la chambre de vaporisation 154, de sorte que la pression régnant au dessus du diaphragme est celle
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de la chambre de vaporisation.Sur sa surface inférieure,le dia- phragme est relié à la valve 181 par un ressort 185, qui en temps normal maintient ouverte cette valve 181.Dans le cas- d'une prcs- sion excessive,le diaphragme 182 est abaissé en surmontant l'ac- tion du ressort 185,
en fermant ainsi la valve 181.La conduire de sortie 158 peut être munie d'un enroulement chauffant 186, pour maintenir la température du gaz passant par cette conduite, si on le désire,
Lorsque l'appareil est utilisé au début, il est nécessaire de fournir une certaine quantité de combustible liquide à l'ap- pareil de vaporisation et,en même temps, de maintenir la soupape régulatrice fermée, de sorte qu'il puisse se former une pression initiale déterminée.Une dérivation 187 relie la conduite 150 à la chambre de vaporisation 154, sans passer par la valve d'admis- sion de combustible,152.Sur cette dérivation 187 est montée une valve 188.Celle-ci est fermée en temps normal,mais,lorsqu'on met l'appareil en marche au début, les valves 152 et 164 sont fermées et la valve 188 est ouverte,
de manière à fournir du combustible liquide à la chambre de vaporisation 154 pour produire une pres- sion initiale déterminée.
La fig.14 représente la courbe correspondant à la chaleur de vaporisation pour la gazoline,comme exemple de la manière dont se comportent de façon générale des combustibles liquides volatils, dont chacun possède une courbe légèrement différente; Sur cette fig.14,les abscisses désignent la pression absolue en kg/cm2, et les ordonnées indiquent en grandes calories la cha- leur de vaporisation nécessaire pour vaporiser 1/kg.
de combustible liquide.Comme on peut s'en rendre compte,lorsque la pression ab- solue en kg/cm- augmente sur la gazoline,le nombre de calories nécessaires pour vaporiser 1 kg de gazoline diminue.La courbe est une courbe régulière et se rapproche fortement d'une ligne droite entre des pressions absolues,allant d'une valeur inférieu- re à 7 kg/cm jusqu'à environ 22,5 kg/cm2.Cette courbe montre clairement la diminution qui se produit dans la chaleur nécessai-
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re pour la vaporisation de la gazoline pour une pression crois- sante.Cette courbe montre également l'avantage qu'il y a à main- tenir une bonne provision de chaleur, indépendante du combustible traversant la chambre de vaporisation,
pour qu'il y ait une quan- tité suffisante d'énergie thermique disponible pour vaporiser complètement le combustible liquide au fur et à mesure de son amenée aux différentes températures.En l'asence d'une quantité suffisante de chaleur dicponible,il pourrait en résulter l'accu- mulation d'une certaine quantité de liquide,avec les ïnconvé- nients résultant d'ne vaporisation partielle et d'une formation de coke.
Bien qu'il ait été représenté et décrit certaines formes de réalisation actuellement préférées de l'invention, il est bien entendu qu'on peut, sans s'écarter du principe de cette dernière , y apporter de nombreuses modifications.
REVENDICATIONS.
1 - Un procédé de vaporisation de combustible liquide,carac- térisé en ce que le combustible est introduit et enfermé dans une chambre chauffée sous pression.
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"Improvements to fuel vaporization systems"
The present invention relates to a method and apparatus for converting liquid fuel to vapor state, so that it can be used with the best efficiency, as well as to a clean internal combustion engine. to be supplied with vaporized fuel.
It has long been recognized that the ideal fuel for many applications, for example the internal combustion engine, is vaporized fuel which has been pre-heated. On the basis of this observation, many researchers have tried to obtain a device for transforming liquid fuels in the vapor state. The difficulties which were encountered in these tests prevented a satisfactory solution of the problem from being reached. .
It has frequently been proposed to employ the exhaust chalear of an internal combustion engine for the preheating of liquid fuel. Although this is a step in the right direction, this arrangement is still far from attainable. turn off the ideal condition mentioned above. The liquid fuel must not only be subjected to preheating, but must be completely vaporized, to achieve the high yields which are so desirable. There are many reasons why the tests so far made for chaaffing. prior
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of liquid fuel did not result in complete vaporization of it.
Although the exhaust gases of an internal combustion engine contain heat in an ample quantity sufficient to vaporize the liquid fuel, under certain conditions these conditions have not been achieved in practice heretofore. according to methods employed heretofore, the feed line containing liquid fuel is subjected to the action of the heat of the exhaust gases. The preheated liquid fuel is atomized by the carburetor of the usual type.
The fact that the feed line is in intimate contact with the entire metal mass of the mo- tear allows the radiation to occur to such an extent that chalear cannot be concentrated without the liquid fuel in sufficient quantity for the fuel. spray completely.
Another condition, opposing the complete vaporization of the liquid fuel, is the relatively high heat of vaporization at atmospheric pressure. When supplying fuel to an engine or other fuel consuming device, at atmospheric pressure, a very large amount of heat is required To vaporize the fuel because of the heat of vaporization. This condition prevented vaporization. - complete realization of liquid fuel by the sole chalear of the exhaust gases or burnt gases,
Further difficulties due to aa.
heat radiation and high heat of vaporization at atmospheric pressure, all the systems hitherto proposed for vaporizing liquid fuel have in view the use of a large mass of this fuel and the application of heat to it.
It is evident that the amount of heat necessary to raise the temperature of a large mass of liquid fuel to the vaporization temperature cannot be obtained from
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exhaust gases. The amount of heat required exceeds that available for this purpose.
Yet another drawback of the previously known systems lies in the lack of any means for starting operations when the preheater is not working. No known device of the kind in question comprises means for pre-heating the liquid fuel, so as to vaporize it satisfactorily, before the heat of the exhaust gases becomes available. Obviously, this is a serious drawback, to which is largely due the failure to develop a practical, industrially operable system for the supply of vaporized fuel to an apparatus consuming it. such as an engine.
The present invention relates to a method and apparatus for converting liquid fuel to vapor and feeding it to a bastible coin consuming apparatus, such as an internal combustion engine, which are free from difficulties and drawbacks characterizing the attempts made so far in this direction. The invention is characterized by numerous new arrangements for overcoming the drawbacks of the methods and apparatus, which have heretofore not entirely succeeded in achieving the desired result.
According to the invention, excessive heat losses by radiation are eliminated by thermally insulating the chambers in which the vaporization takes place. a peat thus completely vaporizes the liquid fuel, using a greater proportion of the available heat. The vaporization chamber is not only thermally insulated, but it is also kept closed, so that a pressure is generated there by the vaporization. As this pressure increases, the heat of vaporization is greatly reduced, in accordance with well-known principles.
The pressure prevailing in the vaporization chamber thus prowled the quantity of heat necessary to carry out the vaporization of the fuel.
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in order to suppress the excessive quantity of heat necessary to maintain a mass of liquid fuel at the vaporization temperature, according to the invention, the liquid fuel is continuously introduced in small quantities, so that there is practically no no liquid fuel in the vaporization chamber. The liquid fuel is only brought to the vaporization chamber as it vaporizes there. This procedure further reduces the amount of heat required for the operation of the system.
To ensure complete vaporization of the liquid fuel when the device consuming it is turned on, at which time no hot exhaust gases are available, an auxiliary vaporization chamber is provided, suitable for being heated. by a heat source other than the exhaust gases. It is thus possible to supply completely vaporized fuel to the appliance, consuming this, when starting up and thus eliminating any possibility of entrainment of liquid fuel to the consumption appliance from the device. before the latter has been heated by the exhaust gases.
In addition to the above, the invention relates to a new kind of motor. internal combustion, which is especially suitable for use with a liquid fuel vaporization system, as already described above generally.
The vaporization system includes a fuel feed source, such as a feed tank, a pump for sucking fuel from. from the reservoir and deliver it under pressure to an accumulator or pressure reservoir. The purpose of this pressure reservoir is to equalize the pressures and to suppress pulsations due to the pump. From the pressurized tank, the liquid fuel is brought to a vaporization chamber, passing through appropriate check valves. The vaporization chamber is maintained at a temperature high enough to ensure rapid vaporization
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da liquid fuel brought to it.
The vaporization chamber is also connected to a fuel consuming apparatus, and as the vaporized fuel is delivered to that apparatus from the chamber the pressure in the latter decreases so that liquid fuel is added. - tional is brought there to be vaporized
The engine, which represents a particular example of a large number of apparatuses intended to use the vaporized fuel supplied by the vaporization system, is similar, in general, to current types of internal combustion engines, but is characterized by many new points, Firstly, since a reliable source of vaporized fuel is available,
the usual carburetor is omitted and the vaporized fuel is fed to the cylinders of the engine by means of the pressure prevailing in the vaporization chamber. Special valves are provided to control the supply of vaporized fuel to the engine cylinders, the ordinary engine intake valves being used to admit air to the cylinders at atmospheric pressure. In addition to individual distribution valves for each cylinder, main valves may also be provided to shut off the flow of fuel to all cylinders when desired. A device is also provided for adjusting the moment in the engine cycle at which the vaporized fuel is admitted into the cylinders.
It is thus possible to use taax or degrees of compression which has hitherto been impossible to adopt with carburettor engines or engines of the Diesel type, as well as to use all the degrees of compression with which known types of engines have. gave good results. It is also known that by bringing in the air and the vaporized fuel separately, the temperature of the two constituents of the fuel mixture can be higher than if they were supplied as a mixture and then compressed, because there is thus no tendency for early ignition, as long as the constituents of the mixture are separated.
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Although a spark ignition system is preferably employed in the mentioned engine, it is also possible to construct an engine with self-ignition, to take advantage of the vaporized fuel produced by the vaporization system.
In the detailed description of the invention, we will begin by describing the engine, which is intended to use the vaporized fuel produced by the vaporization system. The invention takes a particular form of engine-connected vaporization system. Next, another form of the vaporization system will be described which can accommodate many applications other than the internal combustion motear.
On the attached drawings:
Fig. 1 is a schematic elevational view of an internal combustion engine according to the invention.
Fig. 2 is a plan view.
Fig. is a detail view in section partly cut away of the mechanism for adjusting the timing of injection of the vaporized fuel.
Fig. 4 is a longitudinal sectional view of a fuel vaporization device taken along line IV-IV of FIG. 1.
Fig. 5 is a cross-sectional view of the fuel vaporization device, substantially at right angles to. the section shown in FIG. 4.
Fig. 6 is a sectional view along the line VI-VI of FIG. 2.
Fig. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII of FIG. 1.
Fig. 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII of FIG. 1.
Fig. 9 is a schematic elevational view of an internal combustion engine, according to a modified embodiment of the invention.
Fig. 10 is a diagram showing comparative characteristics of carburettor type engines and engines
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of the Diesel type.
Fig. 11 is a schematic diagram showing a complete vaporization system for liquid fuel.
Fig. 12 is a vertical side view of the vaporization chamber, on an enlarged scale.
Fig. 13 is a view in horizontal section along the line XIII-XIII of FIG. 12; and
Fig. 14 is a curve showing the relationship between the heat of vaporization of gasoline and the absolute pressure.
With reference to the drawings, the internal combustion motear 2 comprises several separate cylinders 4,5,6,7,8,9, The engine 2 and the cylinders 4 to 9, inclusive, represent an internal combustion engine with ignition by bogies or self-ignition under the action of high internal pressure, as in a diesel engine. The details of these engines are well known and have not been shown in the drawings.
For the supply of vaporized fuel to different cylinders, a pump 11 is mounted on a casing 12. It is understood that the casing 12 is supported by the: usual base of the engine (not shown). The pump 11 is connected / between ane supply line 14 and a line 15, going to. a cliaaffage or vaporization device 16. Da vaporization device 16, a pipe 17 goes to a distributor device 18, serving to control the distribution of vaporized fuel to several valves 19, 20, 21, 22, 23, 24, corresponding to cylinders 4 to 9, respectively.
With particular reference to FIGS. 4 and 5, the vaporization device 16 comprises a main vaporization chamber 25, serving to transform liquid fuel supplied to this chamber via line 15 into vapor. A second chamber or auxiliary chamber 26 can be connected directly between lines 15 and 17 per year tap 27, or in series with chamber 25. An external source of heat, shown in the form of an electrical resistor 28, wound around the
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chamber 26, a thermostat 29 for adjusting the energy supplied to the heating resistor 28, ensures a determined temperature of the fuel discharged from the chamber 26.
The temperature, at which the fuel is discharged in line 17, is such that all of the fuel is vaporized therein at a pressure dependent on the heat of vaporization of the fuel when the fuel is vaporized. passes through pipe 17. The thermostat 29 is mounted in a housing 30 and is connected to a rod 31, which can be connected to a circuit switch (not shown) controlling electrical circuits going to the heating resistor 28.
The chamber 25 is mounted in a box 32, with fins or ribs 34 extending radially between the inner wall of the box 32 and the outer wall of the chamber 25. These fins or ribs 34 provide longitudinal movement of the gases. exhaust entering the vaporization device 16 Through a line 35. The exhaust gases leaving the line 35 flow in the longitudinal direction of the vaporization device 16, through its end and along its opposite side to a discharge line 36, as shown by the arrows in FIG. 5. Although only a pair of fins 34 has been shown, it is understood that the number of such fins can be varied as desired.
Oven supplying the vaporizer 16 with thermal energy from the engine exhaust gases, the line 35 is connected to an exhaust manifold 37 mounted on the engine, as shown in FIG. 1. The exhaust gases, passing around chamber 25, transmit their thermal energy to the fuel, which is supplied to this chamber through line 15.
The fuel, coming from the pipe 15, passes through a rectangular-shaped pipe 38, formed in the valve 27. This passage pipe 38 can be connected with a pipe 39, formed in an end plate 40, closing the valve. va- device
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porization 16. The duct 39 opens out direr; tem9ut
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25. From this room 25, an conduit 41 communicates with an conduit
42 in the valve 27. The conduit 42 in turn communicates with an conduit 44, formed in the plate 40 and communicating with an conduit 45 in the bottom 46 of the chamber 26. The bottom 46 and the plate 40 are assembled by nuts. 47, screwed on bolts 48 anchored to box 32.
From chamber 26, vaporized fuel passes through an elbow 49, formed in the bottom 46, in a duct 50, formed in the plate 40. This duct 50 leads to the duct 17. The rectangular duct 38 and the valve 27 com- also provided with a conduit 51, extending through the outer part of the plate 40. and the bottom 46. By rotating the valve 27, the conduit 15 can be connected directly to the chamber 25 or to the chamber 26, or else the pipe 15 can be closed, as shown in FIG. 50
To start an internal combustion engine according to the invention, an shut-off valve 54 is opened, controlling a pipe connected to the chamber 25, in order to discharge this chamber 25.
The valve 27 is then rotated, so as to allow the saving of fuel from the pipe 15, through the pipe 51, the chamber 26, the pipes 49 and 50, in the pipe 17. We have previously put the heating resistor 28 in circuit, to bring the chamber 26 to the desired temperature, at which the fuel entering this chamber is completely vaporized. As soon as the engine is started and the exhaust manifold 37 and the box 32, surrounding the chamber 35, are heated to a sufficient degree, the cock 27 is turned so that the fuel is first in. - troduit in the chamber 25 by the conduit 39.
Angular movement of valve 27 also brings conduits 11, 42 and 44 into alignment, so that chambers 25 and 26 are connected in series. Subsequently, the vaporized fuel, moving from chamber 25 into chamber 26, is heated in chamber 26 to the desired temperature and is brought to the corresponding vaporization pressure.
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When the engine is running under conditions such that a sufficient quantity of thermal energy is available in chamber 25 to vaporize the fuel, thermostat 29 comes into action to interrupt the connection between heating resistor 28 and the source of electrical energy which powers it, although the fuel vaporized in chamber 25 continues to pass through chamber z6. If the temperature of the vaporized fuel passing through chamber 26 drops below a value determined by the setting of thermostat 28, the latter re-establishes the connection between the heating resistor and its source of electrical energy. cudgel.
Given this construction, chamber 26 serves both as a heater, producing vaporized fuel for starting the engine, and as an auxiliary heater for chamber 25.
Preferably, the entire vaporization device 16 is covered with a layer 52 of thermally insulating material, for example asbestos. The valve 27 has a gasket 27a, to prevent vaporized fuel build-up.
With reference to figs. 1, 2 and 7, the distributor-tower device 18 is operated by hand or. mechanically by a traction rod 55, connected to an arm of a lever with two arms 56, mounted on a shaft 57, carried by the housing 12. The other arm of this lever 56 is connected by a connecting rod 58 to an arm 59, mounted on a console 60, carried by the housing 13. The arm 59 is rigidly fixed to one end of a shaft 62, on which is also fixed a cam 64. This shaft 62 extends to through an opening 65, made in a support angle iron 66, mounted on the console 60.
Movement of pull rod 55 rotates cam 64 so that it presses against the head 67 of a plunger 68, extending downwardly through a stuffing box 69 in the dispensing device 18. and carrying a
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pe 70. This soapape 70 cooperates with a seat 71, provided in the box of the dispensing device 18.
The valve 70 comprises an upper part 72 and a lower part 74, having different inclinations, the upper part 72 having a steeper inclination than the lower part 74, so that the opening of the valve opens a little. the passage of the gas is released and that, during the subsequent opening movement of the valve, a proportionally larger passage duct is released. A coil spring 75, disposed between the box stuffing 69 and the plunger head 67
68, pushes this head back into engagement with the cam 64.
When opening the distributor device 18, vaporized fuel, soas the pressure corresponding to the heat of vaporization, passes through line 17, between valve 70 and valve seat 71 and in line 76, communicating with the various cylinder 4,5,6,7,8,9, by the different soapas 19, 20, 21,22,23,24, respectively.
With particular reference to FIGS. 1, 3, 7 and 8, the various valves 19 to 24 are controlled by a shaft 77 in order to be moved longitudinally in the housing 12.
The shaft 77 is supported by bearings 78 in the housing 12; one of these bearings is shown in FIG. 3. In a collar 79, mounted near one end of the shaft 77, is engaged with the roller 80, carried by an arm 81, supported by the shaft 57 in the housing 12.
The shaft 57 has an arm 84, to which is connected a pull rod 85. Longitadinol movement of the shaft 77 in the housing 12 serves to modify the moment at which the various valves 19 to 24 are actuated, as described. below, by allowing variation or adjustment of the moment at which the respective valves are actuated, so as to open and admit vaporized fuel into the different cylinders, laying the compression coarses therein.
With particular reference to FIG. 8, which represents the soapape 19, a cam 86, mounted on the shaft 77, acts
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by a pusher 87, extending upwardly through the upper part of the casing 12 and carrying a screw 88, of adjustable position on this pusher.
The screw 88 engages a bubbler 89, mounted on a shaft 90, extending between lugs 91 on the housing 12, the outer end of the rocker arm 89 acts on the head 92 of a plunger 94, s 'extending downwardly through an opening 95, formed in a support plate 96, for actuating a valve (not shown), for controlling the inlet of vaporized fuel into cylinder 4. By varying the angular position of the cam 86 in the housing 12, it is possible to Xarier the moment when the plunger 94 is actuated.
As the son-popes 19,29,21,22,23 and 24 are similar, only valve 19 is described.
The shaft 77 is driven by a rotational movement, so as to bring the cams 86, which are keyed or otherwise fixed on this shaft, into engagement with the various pushrods 87, corresponding to the various valves 19 to 24, - by a bevel gear 97, in mesh with a bevel gear 98, carried by a shaft 99. If the engine has spark plugs, an electric distributor 100 peat also be actuated by the shaft 99, which can be controlled by the usual gear train (not shown). The bevel gear 97 is provided with a key 101, housed in a groove 102, near the end of a hub 104. The outer end of the hub 104 is provided with an internal thread 105, to receive a tightening screw lQ6.
The hub 104 is mounted in ball bearings 107, the outer ring 108 of which is mounted in the housing 12. An annular flange 109 on the bevel gear 97 engages the outer face of the inner ring of the ball bearing 107. Beyond the ball bearing 107, the hub 104 comprises a large diameter plas portion 110., on which are cut several helical teeth 111. A shaft end 112, formed at the end of the hub, 104, is cut. surrounded by a sleeve 114, housed in a recess 115 at the end of the shaft 77 ..
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This construction allows a relative movement of rotation of the means 104 and of the shaft 77. A gtaissage duct 116 is formed through the cam 86, the shaft 77 and the sleeve 114 to seal the shaft end 112. .
The outer tubular end 117 of the shaft 77 has a larger diameter, so as to substantially fill the opening made in the casing 12 and ends in teeth 118, projecting inwardly, engaging between the teeth. helical teeth 111. during the rotational movement of the hub 104, it meshes between the teeth 118 and 111 produced in the rotational movement of the shaft 77 and the cams 86 fixed thereto.
When it is desired to vary the moment when the vaporized fuel injection valves are actuated, by varying the relative positions of their various control cams with respect to the shaft 99, the shaft 77 is moved longitudinally by the operation of the arm 81 and of the collar 79. When the shaft 77 moves longitudinally, the teeth 118 slide along the helical teeth 111, producing a relative rotational movement between the shaft 77 and the hub 104. Like this hub 104 is directly connected by the uonic sprockets 97 and 98 to the shaft 99, relative movement between the hub 104 and the shaft 99 is prevented thereby ensuring the movement of the cams 86 relative to the shaft 99.
Air is supplied separately to the different cylinders by a valve 120, shown more particularly in Figures 2, 6 and 7. An air manifold 121, mounted on the engine 2, is connected to the valve 120. This valve 120 comprises a cylindrical outer part 122, comprising a notched part 124. An inner part, in the form of a cylindrical cup 125, with a notched part 126, closes the notched part of the outer part 12'2.
An arm 127, mounted on a square head 128a, integral with the part 125, is raised by a connecting rod 128 at the lever 56 so that when the traction rod 55 is actuated, the notched parts 124 and 126 are brought into contact with each other. coincidence of way
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to allow the entry of air into the colleotear 121. At the same time the dispensing device 18 is oavert. A cooling jacket 129, and a pipe 130 connected thereto, provide for cooling of the engine 2.
The operation is as follows: It will be assumed that the piston in cylinder 4 is troave to the upper limit of its stroke and that the usual intake and exhaust soapapes
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each are in the corresponding position 2-the aspiration frame, ie the inlet valve is warned and the exhaust valve closed. Dorsçaae the piston moves downwards, in its suction stroke, air is sucked by the soapape at intake, that, in the ordinary type of internal combustion engine, serves for the admission of a mixture of fuel
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and air.
According to 8, the present invention, the uombabtible, is not allowed during the suction stroke, but is introduced under pressure at any desired time in the engine cycle preferably during the compression cycle.
At the end of the suction stroke, the intake and exhaust valves of cylinder 4 are both closed and the air trapped in the cylinder is compressed as the piston rises. the compression coarse,
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valve 19 is opened to allow vaporized fuel to pass from line 76 into cylinder 4. During the remainder of the upstroke of the piston, the air and vaporized fuel are thoroughly mixed and, at the proper time, the
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mixture is ignited by a spark.
Intake and exhaust valves of cylinder 4, which serve to admit air from the cylinder and to exhaust burnt gases, respectively, are not shown or described in detail, since they have the usual construction. actual types of internal combustion engines. Although the invention has been described in its
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application to Llotel.1.r comprising a spark plug valve system, it is understood that it is also applicable to engines in which the ignition is produced automatically by the
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temperature and pressure to which the explosive mixture is subjected.
It will be seen from the foregoing that the vaporized fuel and the air, constituting the explosive mixture, are introduced separately into the cylinder. As a result of this arrangement, a much larger part of the heat of the exhaust gases can be utilized than has heretofore been possible with the many fuel preheating systems heretofore proposed.
According to these systems, fuel and air were mixed before they were introduced into the cylinder. The temperature of the explosive mixture when it was introduced into the cylinder was therefore kept below the explosion point to prevent early ignition.
As the vaporized fuel is admitted separately into the engine according to the invention, its temperature may be higher than that at which the vaporized mixture of fuel and air explodes. In this way, a larger part of the heat from the exhaust gases can be harnessed and the desirable results of complete vaporization of the liquid fuel and preheating of the vaporized fuel to an elevated temperature can be obtained.
Although it is preferable to introduce the vaporized fuel during the compression stroke, the invention is not limited to this arrangement, since the vaporized fuel can be introduced at virtually any time during the aspiration stroke as well. although during the compression stroke. The mode of operation of the engine according to the invention, after the explosion of the mixture of fuel and air, is similar to that of an ordinary internal combustion engine and is therefore not described in detail.
As a result of the separate supply of air and vaporized fuel to the engine and their mixing during the compression stroke of the different cylinders, the vaporized fuel can be produced under the pressure due to the heat of vaporization of the fuel. making the mixing period of the compound
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vaporized vapor and air, the mixture can be compressed more than when a fuel, previously mixed with air, is previously sucked into the cylinder, as is the case in an engine provided with a carburetor.
During the period of mixing the vaporized fuel and air in the cylinder, the mixture can be brought to pressure which would cause early ignition or knocking in a carburetor type engine.
By introducing the vaporized fuel into the cylinder of a diesel engine substantially before the end of the compression stroke, it is possible to take advantage of the delay due to. the decomposition of the fuel, prior to a complete and uniform combustion of this one, to complete the compression stroke in the excessive pressure used until now at the end of the cycle in the Diese 1 engine.
When the positions of the different cams 86 are varied, the injection of vaporized fuel into the different cylinders is determined, so as to be able to adjust the injection moment for different load conditions, without producing a knock or an anticipated ignition. in the cylinders. With this construction, it is possible to run an engine with internal pressures which can be included in zone C, corresponding to compression rates not suitable so far for engines using the usual fuels, in fig. 10; in this, line A refers to carbureted engines. ratear and line B to Diesel engines.
The price in francs per horsepower hour, for carburettor-type engines and Diesel engines, is indicated on the ordinate, as a function of the compression ratio, indicated on the abscissa. By "compression taax", it both means the ratio between the total volume of a cylinder and the volume of the dead space between the cylinder head and the piston, at the time of maximum compression, that is to say say at the end of the compression coarse.
Fig. 9, in which the same parts as those
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of the embodiment according to figs. 1 to 8, inclusive, are designated by reference numbers with a prime indicia, represents a modified embodiment of the invention, in which the engine is started by means of a valve device 131, which is connected to the manifold 121 '.
The valve 131 acts as a starting carburetor and is actuated by a pull rod 132. This valve 131, when open, allows the passage of fuel, coming from the pump 11 ', through a pipe 134, the valve 131 and a pipe 135, opening into an opening 136 in the manifold 121 '. In fig. 2, this opening 136 is represented as being closed by a t a mpo n.
The opening 136 is located above the conduit communicating with; the valve 12Q, shown in FIG. 2, so that upon the sudden arrival of air through the valve 120 into the manifold 121 ', the fuel flowing through the pipe 135 Mixes with the air, when the latter is sucked into the manifold. - tor. The fuel mixture thus formed is sucked into the various cylinders 4 'to 8' and is used for bagging before a vaporization device 137, connected to the exhaust of the engine, has become hot enough to. vaporize the liquid fuel passing through it. By means of valve 131, communicating with manifold 121 ', the motor can be turned on without any period of initial heating being required.
The vaporizer 137 corresponds to the vaporizer 16, except that there is no auxiliary vaporization chamber corresponding to the chamber 26. A valve 138 is disposed in the end of the device. vapor isat ion 137, to control the flow of fuel from the pump 11 ', through a line 15.' through the vaporization device 137 and a line 17 'to the distributor 18'.
The engine exhaust is connected by a line 35 'to the vaporizer 137, to which is also connected an exhaust line.
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exhaust 56 '. The interior construction of the vaporizer 137 corresponds essentially to the interior construction of the chamber 25 shown in Figs. 4 and o. In the operation of the apparatus according to this embodiment of the invention, the engine is started by opening the valve 131 to admit liquid fuel into the manifold 121 '.
After vaporizer 137 has become sufficiently hot, valve 138 is rotated to allow fuel to flow through distributor 18 '. Liquid fuel is vaporized in vaporizer 137 and arrives in the pipe 76 ', passing through the distributor 18', which corresponds to the distributor 18 shown in fig.l.
Figs.ll to 14 show a liquid fuel vaporization system, intended to supply vaporized fuel to any device suitable for consuming this fuel.
In tests carried out with a view to the supply of liquid fuel in the form of vapor, attempts have hitherto been made to vaporize the liquid fuel substantially at atmospheric pressure and to use the vapors thus obtained. that this method of obtaining vaporized fuel is unsatisfactory for several reasons. When the fuel is heated to substantially atmospheric pressure, the lighter vapors tend to be expelled and the heavier fractions of the fuel liquid tend to settle down the sides of the container.
The continuous application of heat to the deposit, made up of the heavier elements of the fuel, results in the formation of coke on the walls of the vessel in which the heating takes place. The deposit of coke lowers the thermal efficiency of the fuel. the vaporization apparatus, thus requiring the application of considerable heat to continue the gasification operation. The value, as fuel, of the material thus deposited is also lost, which reduces the calorific value of the gases obtained at from a given quantity of liquid fuel.
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Difficulties are also encountered in obtaining sufficient volumetric energy from the resulting gases. The term "volumetric energy" refers to the amount of potential thermal energy contained in a given volume of gas. It is well known that certain gas mixtures at high temperatures high levels do not contain enough fuel, in a gasified state, to perform the work required of the appliance which is being fed with fuel. This state is frequently referred to as "too lean a mixture". This can be avoided by lowering the temperature of the gas mixture. However, any lowering in the temperature of the gas mixture supplied to an internal combustion engine or other device must be compensated for, for example by raising the temperature of the gas when it is is burnt or otherwise used.
In accordance with the invention, the combustible gases are made to arrive at an apparatus intended to consume them, such as an internal combustion engine, a heater or the like, in the dry state and under a pressure such as that the volumetric energy of the gas is suitable for its application to the apparatus supplied with combustible gas. To obtain such a gaseous mass, liquid fuel is forced under pressure through a device, mechanically dividing this liquid. , thus mechanically divided, is introduced into a vaporization chamber at a rate such that no deposition of the liquid fuel occurs. A deposition of liquid fuel would tend to give rise to the formation of liquid fuel. coke in the vaporization chamber, as described above.
Heat is supplied to the vaporization chamber by a heater, placed inside this chamber, such as an electric heater. The chamber is highly thermally insulated, to conserve heat., The fuel , mechanically divided and injected into the chamber at this temperature and under pressure, vaporizes with a notable increase in volume. However, due to the pressure on the gas, the volumetric energy of the gas remains high and the
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gas temperature ensures that it is kept dry.
Means are also provided for adjusting the heating device according to what is required of the apparatus, and means are also provided for initiating the vaporization of the fuel.
Figure 11 shows a liquid fuel tank 142, having an inlet 143 and an outlet 144. This outlet 144 is connected to a pump 145, which delivers the liquid fuel under pressure through a line 146 to a pressure tank 147.This pressure tank is provided with a manometer 148 and a bell 149, to equalize the pressure.
The pressure tank 147 is connected by a pipe 150 to a vaporization device 151. The pipe 150 comprises a fuel inlet valve 152,, which can be actuated by hand or automatically depending on the quantity of fuel required.
With reference to figs. 12 and 13, the vaporization apparatus 151 comprises a thin inner metal case lo4, defining a vaporization chamber. The case 154 has an axial opening 155, in which is mounted a heater 156. upper part of the vaporization chamber is closed by a cap 157, connected to an outlet line 158, going to a device to be supplied with vaporized fuel, such as an internal combustion engine, a stove and / or any appliance used in any desired mechanical or chemical process. Of course, the present invention relates generally to the gasification of liquid fuel,
and is in no way limited to the application of a gasified fuel for any particular purpose.
The vaporizer 151 includes a thermally insulating outer shell 160, which extends around the exterior surface of the body 154 and over the cap 157.
The presence of this thermal insulator ensures the conservation of the heat given off by the heating device lb6 and the user.
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sation of this heat for gasification of the fuel, - as described more fully below, instead of permitting a loss of heat by radiation. As the temperature in the vaporization chamber must be maintained at a value sufficient to ensure the complete vaporization of all of the liquid fuel supplied to it, and as the volume of liquid fuel supplied to the vaporization chamber per unit, - 'in time varies, as described below, it is good, to obtain a suitable gasification of the fuel,
that the heating device is placed inside the vaporization chamber, so that the heat given off by this heating device is rapidly transmitted to the gas, The preceding conditions make the use of burners placed at outside.
Another reason for employing an interior heater is that the entire cabinet must be kept at a substantially constant temperature, to prevent the formation of zones of different temperatures therein.
This condition requires thermal insulation from the exterior, substantially over the entire exterior surface of the vaporization chamber.
The liquid fuel is supplied to the vaporization chamber via line 150 and the valve 152. This liquid fuel is delivered through a porous diaphragm 161, placed substantially at the lower part of the vaporization chamber, so as to be mechanically divided into very fine particles To prevent the accumulation of a mass of liquid, which could be subjected to distillation, at the lower part of the vaporization chamber, the diaphragm is placed substantially at the lower part of this chamber, and the speed at which the fuel is forced through this diaphragm is regulated, so that the quantity of liquid fuel supplied to the chamber is never greater than that which can be transformed into a gas by the heat available.
This arrangement prevents the formation of coke in the choke, vaporization and
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transforms the heavier fractions of the liquid fuel as well as the lighter gaseous fractions so that substantially all of the liquid fuel supplied to the vaporization chamber is likely to be used When the heavier fractions of liquid fuel are allowed to accumulate and coke on the walls of a vaporization chamber, their value as fuel is lost, which decreases the total efficiency of the appliance being fed. of fuel.
The fuel, during its transformation from a liquid state to a gaseous state by absorption of heat, increases in volume. The pressure in the vaporization chamber is maintained at least above atmospheric pressure. For certain applications. , the pressures can rise up to 45.5 kg / cm2.
In general, the operating pressure varies from 7.7 to 45.b kg / cm2, although for other applications a pressure which is only slightly higher than atmospheric pressure can be used.
The above values are given by way of example only and should not be considered as limiting, since the pressure in the vaporization chamber can be varied according to the work required thereof.
Because the gas is under pressure, the amount of fuel available per unit volume of gas is greater than when the fuel is in the gas state at atmospheric pressure. This state is referred to as the volumetric energy of the fuel. A heated gas can have such a low volumetric energy that it cannot be used as a fuel for many applications, especially for internal combustion engines. By changing the fuel from the liquid state. in the vapor state under the action of heat and under pressure, it is possible to significantly increase the volumetric energy of the gas and, at the same time, to keep the gas in a dry state.
The heater 156 is shown as
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an electric resistance, placed in the opening lb5 of the body 154 and disposed above the upper part of the diaphragm 161. Electric energy is supplied to the heating device 156 by conductors L1 and L2 d 'a power supply circuit. The conductor L1 is connected to a regulator 162, extending into the vaporization chamber lb4. This regulator 162 may - - be sensitive to the action of temperature, or of pressure , or both, as desired. In the event that the pressure or temperature in the vaporization chamber becomes excessive,
regulator 162 interrupts the power supply circuit of heater 156, thus isolating it from the force distribution circuit. The particular construction details of the regulator 162 do not form part of the present invention, and it is understood that there are many different types of regulators on the market which are suitable for fulfilling the required role.
By supplying thermal energy to the vaporization chamber from a source which does not depend on the fuel which has passed through the vaporization chamber, gaseous fuel can be obtained prior to the initial intake of gas. fuel to any device connected to the vaporization chamber. Similarly, when fuel requirements increase, heat,
available to convert the fuel into a gas in the vaporization chamber, is not affected by changes in the state of the gas generated in the vaporization chamber. When a 2 vaporization chamber depends on exhaust gas coming from an appliance connected to this chamber, or from a burner supplied by gases generated in the latter, one encounters difficulties in starting the appliance at the beginning, because this appliance is found in the cold state and there is no heat available to initially gasify any fuel. After the appliance connected to the vaporization chamber begins to work,
the amount of heat available for heating the vaporization chamber varies according to the work required of this apparatus. These difficulties are overcome by providing
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thermal energy to the vaporization chamber from a source independent of the gasified fuel,
The flow rate of the vaporization chamber is regulated by means of a valve placed on the outlet pipe. In fig. 11, a valve 164 is shown on the outlet line 158.
This valve 164 is connected by un'bielle 165 to the liquid fuel inlet valve 152. The operation of the valve 164 to increase or decrease the quantity of gas supplied by the vaporization chamber causes a displacement of the liquid fuel inlet valve 152, so as to increase or decrease in a corresponding manner. admission of liquid fuel to the vaporization chamber. The valves 164 and 152 normally occupy an intermediate position, neither fully open nor fully closed, depending on the amount of fuel required at any given moment.
Figs. 12 and 13 show a slightly different embodiment of the regulator valve. This 164a value consists of a plate 166, placed between the body
154 and the cap 157. This plate 166 has openings
167, through which gas escapes from the vaporization chamber. A disc 168 is rotatably mounted on the upper surface of the plate 166. This disc 168 has openings 169, which cooperate with the openings 167 of the plate 166, to allow the passage of the gasified fuel.
As disc 168 is rotated relative to plate 166, the aligned cross sections of openings 167 and 169 vary, thereby varying the amount of fuel passing from vaporization chamber 154 into line 158.
The disc 168 is rotated by means of a shaft 170, extending upwardly through an opening 171 in the bottom wall of the chamber 154, through the chamber 154, through a stuffing box 172 in the chamber. in the body 154, and an opening 175 in the plate 166. The end of the shaft 170 is threaded to receive a locking nut 176, serving to fix the disc 168 on this shaft. A collar 177 is provided on
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the shaft 170.externally to the thermal insulation 160 at the lower part m of the vaporization apparatus.
To adjust the admission of liquid fuel into the vaporization chamber in proportion to the operation of the valve 164a, the shaft 170 carries a bevel pinion 178, engaged with a bevel pinion 179, integral with the valve 152a d 'fuel inlet. During the rotational movement of the shaft 170, produces in any suitable manner, the effective passage sections, constituted by the coinciding parts of the openings 167 and
169, vary.
When the coincident parts of these openings increase in cross-section, thereby increasing the quantity of gas supplied by the vaporization chamber, the liquid fuel outlet valve 152a is automatically opened so as to increase the quantity of fuel. liquid entering under the diaphragm 161. When the disc 168 is rotated, so as to reduce the effective area of the orifices leading from the vaporization chamber 154 to the pipe 158, the valve 152a is also closed so as to reduce the amount of liquid fuel supplied to the vaporization chamber.
In both variants of the invention (fig. 11 and figs. 12-13), the quantity of liquid fuel supplied to the vaporization chamber is adjusted in such a way that it is proportional to the flow rate. vaporized fuel from the vaporization chamber, to prevent the accumulation of a mass of liquid in the lower part of the vaporization chamber.
As shown in fig. 11, a safety valve 180, actuated by the pressure prevailing in the chamber, controls a valve 181, mounted in the line 150, in the event that the pressure in the vaporization chamber becomes The valve 180 is provided with a diaphragm 182.The upper surface of the diaphragm is connected by a pipe 184 to the vaporization chamber 154, so that the pressure prevailing above the diaphragm is that
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of the vaporization chamber. On its lower surface, the diaphragm is connected to the valve 181 by a spring 185, which normally keeps the valve 181 open. In the case of excessive pressure, the diaphragm 182 is lowered by overcoming the action of spring 185,
by thus closing the valve 181. The outlet duct 158 can be provided with a heating coil 186, to maintain the temperature of the gas passing through this duct, if desired,
When the apparatus is used at the beginning, it is necessary to supply a certain amount of liquid fuel to the vaporization apparatus and at the same time to keep the regulating valve closed, so that a liquid can be formed. determined initial pressure. A bypass 187 connects the line 150 to the vaporization chamber 154, without passing through the fuel inlet valve, 152. On this bypass 187 is mounted a valve 188. This is closed in time normal, but when the appliance is started at the start, valves 152 and 164 are closed and valve 188 is open,
so as to supply liquid fuel to vaporization chamber 154 to produce a predetermined initial pressure.
Fig. 14 shows the curve corresponding to the heat of vaporization for gasoline, as an example of how volatile liquid fuels generally behave, each of which has a slightly different curve; In this fig. 14, the abscissas denote the absolute pressure in kg / cm2, and the ordinates indicate in large calories the heat of vaporization necessary to vaporize 1 / kg.
As we can see, when the absolute pressure in kg / cm- increases on the gasoline, the number of calories needed to vaporize 1 kg of gasoline decreases.The curve is a regular curve and follows strongly approximates a straight line between absolute pressures, ranging from a value below 7 kg / cm up to about 22.5 kg / cm2. This curve clearly shows the decrease that occurs in the heat required.
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re for the vaporization of gasoline for increasing pressure. This curve also shows the advantage of maintaining a good heat supply, independent of the fuel passing through the vaporization chamber,
so that there is a sufficient amount of thermal energy available to completely vaporize the liquid fuel as it is brought to the different temperatures. If there is sufficient heat available, it could result in the accumulation of a certain quantity of liquid, with the inconveniences resulting from partial vaporization and formation of coke.
Although certain currently preferred embodiments of the invention have been shown and described, it is understood that, without departing from the principle thereof, numerous modifications can be made.
CLAIMS.
1 - A process for vaporizing liquid fuel, characterized in that the fuel is introduced and locked in a heated chamber under pressure.