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B R E V E T D' 1 N V E N T ION .
PERFECTIONNEMENTS AUX APPAREILS DESTINES A LA CANBURATION
Dimitri BALACHOWSKY 6, rue de l'Alboni, Paris, France Ayant fait l'objet en France, d'une demande de brevet d'Inven- tion en date du 13 août 1940, N 451.692 et de deux demandes do addition en dates des 10 mai 1941 et 28 'juin 1941,respectivement sous les N 59,311 et 39.400 On a conststé, au cours de la catalyse des pro- duits organiques et des huiles lourdes et légères,, qu'il était rare d'obtenir la réaction oatalytico-ohimique re- cherchée avec un seul catalyseur, on a précisé déjà qu'il est possible d'améliorer les résultats obtenus en dispo- sant dans une même enceinte différents catalyseurs, de préférence métalliques,
en les réchauffant'individuelle- ment et indépendamment les uns des autres à une température optima, de telle sorte que la nature et l'action chimique de chacun d'eux puissent être dites spécifiques. On a indi- qué encore que seul le ou les catalyseurs devraient être chauffés à une température élevée, qui.est celle du maximum de leur activité, et que le liquide à traiter ne devait être chauffé qu'à une température plus basse et uniquement pour augmenter sa fluidité.
Dans la réalisation des dispo- @
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sitifs capables d'obtenir les résultats recherchés, le
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e'mL;fft,e peut être mixte, soit que l'on utilise le courant électrique, ce dernier pouvant être en/ployé comme apport thermique supplémentaire, ou comme réchauffeur d'un
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c8t[,I;-s(,l.T une température différente de celle du fluide indiqué.
La présente inver.ticn a pour objet l'application de ce mode de traitement des huiles lourdes et légères aux appareils destinée à la carburation des moteurs à combus- tion interna, ainsi que les moyens utilisés pour la mise en oeuvre de ce procédé de creaking catalytique aux appa- reils en question. On parvient ainsi à produire une dé- composition des hydrocarbures en produits plus légers et gazeux, rend&nt la carburation plus facile, de porte que
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cette dernière e trouve notablement améliorée. On évite ainsi les I:lélane8 hétérogène'-' dc3 vapeurs, de brouillard: et d'air obtenu. actuellement, avec les pulvérisa- teurs mécaniques les plus perfectionnés.
Suivant une caractéristique importante, on réalise
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un ,lnsct':8 rigoureux du LL0lulli:,d tenant en introduisent l'air nécessaire l la coubustion con:plÈWr p'JI' stades succeifs (deux, trois ou dnvanté ::e) dins le "v5lé:n;:¯e rie:18 <;oi;slii: 0 ;1:;' Yf:)';ll'C' ç..1 ,1d<':; ..;'z r6sultlnt des trfn3foi étions cattsl;;rtin¯ues Tl(::1tionn,",es, au moyen d'orifices calibrés de sections ..;ifzbl4s et crc lisantes.
Le mélange de SBZ et d'?'ir comburant e,-t obtenu avec le lI8::ir'mm ;i'r ir en excès. é., tous les réjjim<.s, ce dosa'-; a 1o--?ae une combustion com- plète, aLlLlt3T7'G:n'ti ainsi la puissance du CfiGt'=?21"a tout en réduisant la LOnsoûll&ti0no Suivent une autre caractéristique, là tr0n8OTIla-
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tion cetplytique est o1";t-'nu1 cJ(;-: façon avantageuse, dans une enceinte comportant un ou plusieurs catalyseurs réchauffés électriquement ou thetniqueigent pç les gaz à'échappewent peur le; combustibles, plus lourds, tels que les huiles de schiste, de houille ou autres, une deuxième enceinte comportant un faisceau tubulaire re- vêtu de cat&lyseurs réchauffés par les gaz d'échappe- ment peut être combinée la première :
les deux enceintes
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de catalyse, juxtaposées et montées en. série, ,perr,lettE'lt de t'i'cn: "e:ITia7.' E L!1' 1 ptpteur lf-f cOLJbL1E-ti11J.ef' 1,es plus 7-vEl , en vue de leur utilisation directe,
Suivant une variante, les deux enceintes peuvent être groupées en un seul appareil, l'une, constituée par
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un corps tubulaire chauffé eTtérieurelüf::nt par 1±>s téz d'échappement et dans lequel est montée une bougie cheuf- fante et catalysante, est placée au centre de l'appareil, l'autre, disposée extérieurement au dit corps, comporte
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un fcisce&u tubulaire, r-u'c3-cu:
rf,-' par les gaz d'échappement" Les deux enceintes de et talys'e, bien que montées l'une dans l'autre, sont indépendantes l'une de l'autre, comportant une arrivée de coL..bustibl-e rr± le1',lercEoot émul- sionné, pouvant être fourni à volonté, de sorte que les combustibles légers n'oient à passer que dans le corps central, tandis que les combustibles lourds trêve]sent
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d'abord le faisceau tubulaire- et ensuite, partiellement transformés, le corps central.
Sur la Fig. 1 est figuré un dispositif de carbu- ration permettant de faire fonctionner un moteur à explo- sions en utilisant l'huile lourde comme carburant, Le chauffage du ou des catalyseurs est mixte, réalisé d'une
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pert avec un réchcuffage par les gaz d'échappement, et un chauffage électrique qui permet le dsmarraee, le ralenti et
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apporte même un supplément en pointe. Le carburent peut être introduit sur les cataly-
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saurs soit prr un carburateur ordinaire avec cuve à niveau constent, soit par l*injection nous pression.
Un preciier corps de c#ti.ly:se est corstitué par un tube cylindrique auquel est fixé un second corps concen- trique à. recouvert int6riclJ1'EL18nt des dépôts catalyseurs divers ci-r>ipo.rtani un chciiisé;ge 58 pour la circulation dos g8Z tle ChfUffsCB <-.ri?171é.nt per un orifice 4: et sortent en 48. D'un côté du tube cst vissée une bougie chauffante 10 à rà;istéJce électrique Intérieure et recouverte cxté- rieurement de un ou plusieurs catalyseurs de matières dif- férentes, sous la :'<>mi,à de (":pêtE i,étf'11iqv(:;s clectrolytiques.
De l'autre c6t i fi2 If- dispositif de formation de 1' émulpton 6 - 6a. Un gicleur y amène le carburant pour le ronczionnen;ent en puisscnce, un second yic:l.E:ur. 8 est uti- lisES pour la mise en marche et peur le ralenti.
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,
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Lp prerÜel' corps de catalyse pour la ¯,l9,1'c11e nor- l,l,le est donc c:,.u."fê p±;1' le ci1'culf\tion des jé;z d'écheppe- ment du raoteur 4 - 4:a, (j 'f,I,,1t"± ;'1't, :;Jer ls résistèlllOE de 1,3 r)()UC:'.é ulcofTirue. Les C3.2 élèvent 1F tonpérsture du cylindre 5 - 5:e. i. U' c 1 ..Àa'. '.. m : ::\'(-éter,¯ 1, '" > 3< :. 1¯';: 'it j. 'c- (,. -.. ;"'Cl 2. 15C t()u}8/minute) et le courart lootrique .10'1Y1 le supplément de pointe, environ ::'00 .
Fendant le temps de [.lise en tuiprurH d 03 corps catalyseur, 1:3 gicleur 7 ne ;bite pas encore, mais le àe- n'1l'ra;::;a et le ralenti sont assurés par un gicleur de ra- lenti 8 qui débite par une canalisation 5.5 sur le second
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corps oatalyseur plus petit, qui comprend un corps cylindrique 13, une bougie chauffante 31 et un dispositif d'émulsion 25-28-29. Le ralenti est obtenu avec cette bougie, ainsi que toutes les accélérations et la puissance maximum..
Lorsque le premier corps catalyseur fonctionne,-.
'les produits transformés sortent par 9 et entrent par un tube 2 dans un collecteur d'alimentation 1 - la, où l'air comburant est introduit par des dispositifs annulaires ré- glables 11 - lla, Il est avantageux de se débarrasser du brouillard de gasoil au moyen d'un filtre de coton de verre placé'avant le collecteur d'admission;, par exemple dans 15,
L'admission du mélange tonant dans le collecteur s'effectue et est réglée par un papillon 17. Un tube 12 relie le premier corps catalyseur à un séparateur 15 qui a pour objet de séparer les globules de liquide des va- peurs et des gaz pratiquement incondensables.
Le liquide accumulé dans le séparateur, dont le volume est faible, est reoatalysé. Il est renvoyé dans le catalyseur au moyen d'une pompe comportant un robinet 18, Le conduit 14 amené les produits de la catalyse directe- ment dans le collecteur d'admission de l'autre côté du pa- pillon. Si le moteur fonctionne au ralenti, ce papillon est alors fermé. Le gicleur 8 est, dans les cas de l'injection sous pression, à la pression de la pompe. Il en résulte un ralenti énergique. Lorsque le moteur fonctionne aux régimes de puissance, le ralenti peut contribuer à augmenter la puissance per son apport.
Lorsque le moteur est froid, la mise en marche est assurée par la bougie 31 qui, en quelques minutes, est por- tée à la température requise. Recouverte de métal ou métaux
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catalyseurs appropriés, elle catalyse le: carburent amené par un conduit O et omulsiormë par des orifices d'arrivée d'sir &5-2i -&9. Les produits de cc,t,:Ü7f'8 tr-"''7er?er,t l'es- pace étroit Jo et entrent clens une Ch8t.lb,ro ù'7, ils passent per le filtre 12 (coton de verre) qui arrête le brouillard de gasoil, et sont introduits dsns le collecteur d'admis- sion d0 par un tube .0. LL,ir cottiburant est introduit par un dispositif annulaire ICI. Un tube 1 relie le ccrps 1. eu séparateur.
Lorsque les rez d'<îcnrpya:mnt sont assez chauds, on ouvre le papillon 8 qui, par sa fermeture pen- dant le tc.s de démarrage, protéeesit le corps 5 de l'ac- tion refroidissante: des ':[,'J, insuf.'ïsar,:,ent chauds. La bougie 31 est alors mise hors circuit, Le robinet àiJ siar la canalisation ::.>0 - 6.5, solidaire eu papillon 88, ferme l'accès du c8rburênt <il la bouçik= ..1.
Le papillon 10, solidaire de f.3, isole le ao'¯,¯:3ct-.z::' 1 - la du catalyseur :: au moasnt du ralenti.
Un tel dispositif put être utilise sur les moteurs 1; combustion interne réunie de carburateurs ordinaires, four le fonctionnement en réuiae norrisl, jusqu'à la vitesse lh3Xi-
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mum, on peut utiliser le carburant en question, :naj,s pour le d,;18r]:a;-9 et peur le ralenti, on utilisera le catalyseur décrit, Furtoct Si le combustible employé est de Mauvaise quelitj, ScLlv183 OSO:'1C:, ?P,I101, alcool ji î?3, .'.? <J.:: ,i/o;0ne, :C'OJI:i'â butane, gasoil additionné d'essence, car le dispositif 8lliéliore 1'octenéïte du carburant, l'homo- 'J,6n:Sltc". du 'ïé18ne;e, évite le givrage et permet la combustion COL:lld i.ee La Fi8. &2, représente ce tfiontage en général placé
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sur la tubulure d'admission du moteur.
Le gicleur y est
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celui du carburateur normal et le papillon 17 également, Au démarrage et pendant le ralenti, le dispositif est isolé par le papillon 17, Au régime de puissance, le catalyseur électrique 13 avec la bougie 31 peut apporter un supplément de mélange carburé par un tube 34, Un filtre 35 retient les vapeurs non transformées, et les produits condensables sont envoyés par un tube 56 vers le séparateur. Un cable 37, de préférence blindé, amène le courant à la bougie 31. Un gicleur indépendant d.u gicleur principal 7 alimente le dispositif en carburant.
La Fige 3 représente un ensemble du dispositif constitué par un transformateur catalytique et un mélan- geur, destiné aux combustibles légers et facilement trans- formables. Un émulseur à niveau constant 38 a été repré- senté, riais il peut être remplacé par une pompe d'injec- tion. A l'intérieur de cet émulseur sont placés deux gic- leurs, un pour le ralenti, l'autre pour l'alimentation en marche normale. Le premier, par un tube 39, alimente un corps 41 fixé sur le collecteur d'admission 42 du moteur.
Une bougie chauffante 40 et catalysante est vissée sur le corps 41, Le deuxième gicleur alimente par une tubulure in appareil destiné à la transformation du combustible.
Le dit appareil comporte un corps tubulaire 44 muni d'une coiffe 45 percée d'orifices calibrés pour le passage de l'air de l'émulsion du combustible. Ce corps tubulaire peut être muni de cannelures intérieures pour augmenter la surface de contact avec le combustible. Sur la coiffe 45 est fixé un dispositif à plateaux 4& percés de traus de petits diamètres, afin de diviser le combustible en min- ces filets et de faciliter son mélange avec de l'air. A
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l'intérieur du. corps est pièce un manchon cylindrique 47,
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revêtu de un ou pltri.^-.us catalyseurs réchauffés par exemple électriquement. La résistance électrique peut Eiufisi être enroulée E::;;tF3Y'1curement au dit rJlonchol1 et constituer un catalyseur. Un rêchoafi'::y; extérieur eut également prévu.
Il upt constitue pur une -,i-7,-loppe z1-3 où circulent le S Gaz â' :ûï:a:r,er.Lent du moteur. Le où vapeurs résultant de la tr10 Dsformation cstelytique sont prélevés à lEI sortie de lt appareil ppr deux tubes : l'un, de section, 49 alimente un 013ngeur 51, l'outre, do section plus faible, 50 elinente directement une bougie âe dariarraè z0 utilisée pendant le ralenti. Le tube ziG débouche danc une capacité 52 logée dsns
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une pièce 53 fixée sur 51. Elle est limitée L'un coté par une plaque 54 percée de trous, de l'autre par une seconde
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plaque 55 éealemunt percée, Les sections de ces t7CUS "ont déterminées pour permettre le pe,3s*7e de. 1't it comburant arrivant par l'orifice et le raélr-ny;e de cet sir avec les gaz ou vf: peurs introduit.? Q61iS 12. c ['1'11;;(; 1 té 5::; pi;-c 1, tubu- Jure 49.
Le aélenée arrive de part et d'autre d'un papillon 58 dE.ns le niélangeur 51, fixé à la tubulure d'admission 42, Une buse 58 permet l'introduction d'une Clllnl1tiLé ûf:,ü sup- pléme:1t[, ire, et un gicleur 30 à l'extrémité d'une tubulure d'alimentation 59 donne le débit supplémentaire de gaz ou de vapeur prélèves à la sortie de l'appareil de ti*nsio'u1atiau, Par un levier 62, une tige 0.) upportt,nt le papillon 57 commande la rotation des volets 65 et 64 qui ouvrent pro- Eressi verllent les passages prévus à 'iT#vers 18 plaques 54-550 Le levier c;G est cori:i:Findà directement par l'accéléra-
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teur, de sorte qu'une seule commande actionne les différents
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ore8nes servant à l'admission des gaz.
La position du papillon
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75 n'est pas absolument définie; elle pourrait être telle que la section 59 soit nulle lorsque les plaques 54-55 donnent la section maxima,
Pour le ralenti, le combustible arrive par le tube 59, entre dans la capacité 66 de la pièce support 41 de la bougie de démarrage 40, Cette bougie'est cons- tituée par une résistance chauffante, formant ou non ua- talyseur, l'air comburant est amené par des orifices 42a.
Le fonctionnement par ce moyen ne dure que quelques ins- . tants; ou bien l'on passe immédiatement sur le dispositif de marche normale, c'est-à-dire - par le mélangeur, ou bien l'on passe sur le dispositif de ralenti prolongé. La tubu- lure 39 est alors fermée par un robinet 67 actionné par un starter, et l'arrivée des gaz combustibles est. assurée par la tubulure 50,Le réglege de l'air nécessaire est alors donné par un robinet 67a. Lorsque le moteur fonctionne normalement, il est possible de prévoir un dispositif per- mettant de couper le courant de la bougie de démarrage 40.
Dans le cas de moteur à haute compression et, d'une façon plus générale, pour faciliter la formation de l'émul- sion primaire au moment des reprises brusques du moteur, il est avantageux d'effectuer le réglage et le dosage de l'émul- sion primaire dans l'appareil 44. A cet effet, un tube 68 amène une certaine quantité d'air de la capacité 52 dans la coiffe 45. Le complément de l'air est fourni par des orifices supplémentaires de transformation. De l'émulseur à niveau constant 59 sortent deux tubes d'alimentation, l'un 69a pour le ralenti, l'autre 70 pour la marche normale. Le tube 70 débouche dans un catalyseur thermique constitué par un corps 71 où circulent les gaz d'échappement du moteur.
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D'une côté est vissée une coiffe72 perche de trous 73 peur l'arrivée de l'air d'émulsion primaire. Cette coiffe porte, en outre, des plateaux 74 également perces pour
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faciliter In sëparf'ticn cu combustible en veines minces et s'en 11181f'n±:8 avec l'air. L'émulsion pss,e en.'':'L..jte dans des tubes où elle esttransformée partiellement per la catalyse Ces tubes sonten nombre et dimensions appro- priés à la quantité de combustible à transformer.. Chaque tube est constitué par une enveloppe extérieure 70 en mé- tel à haute résistance et inoxydable, dans laquelle on emmanche à force une douille 75 en métal ou métaux choisis
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pour la c8tal;Tse.
Les produits de tran,form6tion arrivent dans une partie amovible 77,constituant un filtre sépara- teur, puis sont envoyés dans un deuxième appareil de trans- formation 78 analogue dans ses parties essentielles à celui qui est représenté sur la Fig. 3. Peur augmenter son effi- cacité, il peut être avantageux de le refroidir à l'air ou à l'eau, venant par exemple du radiateur. L'appareil 7E est chauffé extérieurement par les gaz d'échappement au moyen
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d'une enveloppe à et intérieurenient par une bougie cen- trale 79 chauffée électriquement. Les gaz ou vapeurs prof
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duits par la transfcriietion finale passent alors par un ori- fice suc, traversent les sections calibrées prévues sur une plaque fixe 81 et se Llt3lt.nc'cmt à 1'ai= al:ab;ia. n1; admis par des trous SL.
Un volet mobile Fb permet de régler les sec- tions de Lassae, il est co3nd'' une tics 84: lecuelle, par ailleurs, actionne un lb-illon 85 situé cir ns un rüélan- geur Une buse a7 donne wie section de passée supplé- mentaire pour l'Hir COIllbuè:'8nt; une arrivée de combustible est également prévue par un tube 88,
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L'alimentation du combustible pour le démarrage et pour le ralenti est assurée par la tubulure 69a qui débouche directement dans le deuxième corps de transformeation 78, Pour une marche plus longue au ralenti, le combustible est prélevé par la tubulure 89 et envoyé à la bougie spé- ciale'de départ.
Une canalisation 90 permet le réglage de l'émulsion d'air primaire, prélevant ce dernier eu-dessus du colet 83 pour l'amener dans la coiffe 72 du corps du catalyseur, @
Il est bien évident que les appareils décrits peuvent également être utilisés sur des moteurs à combus- tion interne munis de compresseur d'air pour la suralimen- tation. Il suffit, dans ce cas, que l'orifice d'entrée d'air de combustion 56 (Fig. 3) ou 82 (Fin,, 6) soit relié à la tubulure amenant l'air comprimé venant d'un compres- seur. Le mélange riche venant des transformateurs par les tubes 49 (Fig, 3) ou 80 (Fig. 6) serait énergiquementen- traîné dans'le mélangeur et dans l'admission. Dans ce cas, l'alimentation pourrait se faire au moyen d'une pompe ou d'un injecteur au lieu d'un émulseur à niveau constant.
La Fig.7 doncerne une réalisation d'un carbura- teur comportant dans un seul appareil tous les avantages décrits sur les précédents.
Sur la Fig. 7, un émulseur 91 alimente 'en combus- tible par des tubulures 92 et 93. l'une 92 la partie basse, l'autre 93 la partie haute d'un appareil 94 destiné à la catalyse du combustible. Cet appareil de forme cylindrique comporte, d'une part, au centre, un corps tubulaire 98 d'autre part, un faisceau de tubes 95 répartis concentrique- ment au corps tubulaire. Ce dernier, ainsi que les tubes 95.
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sont maintenus par des plaques 96 et 97,. L'appareil destiné à la catalyse est ferme aux deux extrémités par une plaque 99, et, dur la face opposée, par un couvercle 100 dans le- quel débouche la tubulure d'alimentation 92.
Sur le côté est raccordée une tuyauterie 111 pour l'arrivée des Gaz d'échappement servant au réchauffage des tubes de catalyse 95 et 98.
Le corps tubulaire 8 est fixé d'une part au cou- vercle loo, d'autre part à un collecteur 102 faisant partie du mélanseur 103; le dit collecteur étant lui-méme soli- d'aire de la plaque de fermeture 99, Les parois intérieures du corps 93 peuvent être cylindriques ou, cornme il a été représenté sur la Fig. 6, munies de cannelures; dans l'un et l'autre cas, les parois sont revêtues de métaux cataly-
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s'3nts. Des due chauffage 104 et 105 sont disposées aux deux extrémités du corps tubulaire suivant son axe.
Les tubes 93 du f isceau sont composés d'une en-
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veloppe extérieure en métal résiste;1t ,:ncan9.querr.nt et t:18 ".1Ll1.:.uCwnt et d'un3 fourrure intF,ri;¯.ur a corn:es de catalyseurs simples ou multiples à actions spécifiques.
Ce.? fac'-.fl7C Uhn:: po,lrré,itènt êtr.; :VLiF :en '.C:::'-J chromé ou nickelé E? tf;'1:'aI'pE,n p ur If '-):oO:;jJtlC1l Jort!¯3 là cor- rosion ch,;:; ,'3;8;; d'Échappement ,)t intéTieurci>i#=1t pc-Jr obtenir l'effet cat;.l.,tiue, Le co \vercle 100 forme en même temps p1=.isàrt où se collectunt les )orties co1Jà*nsé=b],es du car- burant qu'il Pt;lt être avantageux d'envoyer dns un se¯ péJTf.teur non J'pr',,:\..l1té au :"oj,Jsin, pur uns tubulure 1066 une plac,ue 107 Óbns la partie haute de 'a,û îc reil de cata- lyse est munie de trous de petits diamètres pour répartir uniformément le combustible émulsionné introduit par la
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tubulure 93.
Le combustible, lorsque les deux dispositifs de catalyse fonctionnent en même temps, traverse cette plaque, puis le faisceau de tubes 95, un filtre 108 et, par des trous 109, 'entre dans le dispositif central destiné à la seconde catalyse,. Il le traverse entièrement, en sort par des trous 110 à l'état de gaz qui sont aspirés dans le collecteur 102 après avoir traversé un second filtre 111.
Le mélangeur 103 comporte des plateaux fixes 112 et 113, ainsi que des volets mobiles 114 et. 115, ouvrent pro- ±ressivement l'ouverture 116 destinée à l'arrivée de l'air.
Le mélange de gaz et d'air est effectué dans la capacité 117 et est introduit dans la tubulure d'admission du moteur 118
Un.second Orifice d'arrivée d'air est prévu en 119 avec un gicleur 120 débitant les gaz aspirés dans le col- lecteur 102. Une tige 122, actionnée par un lévier de com- mande 123, supporte un papillon 121 réglant la section de passage 29; ainsi que les volets mobiles 114 et 115.
Un jet spécial 124,alimenté en gaz par une tubulure 125 et en air par des orifices 126,permet le fonctionne- ' ment du moteur au ralenti. Cette disposition permet de sup- primer la bougie spéciale montée sur le collecteur d'ad- mission. Enfin., comme il@8 été déjà mentionné, une tubulure 127 permet de renvoyer, si nécessaire, une certaine quan- tité d'air dans le catalyseur.
Dans le ces du fonctionnement avec un combustible léger, on peut, sans inconvénient, ne pas utiliser le ca- talyseur thermique ; lecarburant entre alors directement dans le catalyseur électro-thermique. Ce dernier peut égale- ment être utilisé pour le départ du moteur à froid avec le
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carburent lourd (gasoil ,,.) et les deux enceintes de cata- lyse sont ensuite utilisées pour la marche normale. Dans le ces du fonctionnement avec une huile lourde ou avec un mé- lange contanent une partie plus ou moins grande de carburent léger, il est avantageux de se servir de Filtre lA et 21
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pour 8rrcitèr le brouillard formé lors du, cmuf "; e des va- peurs d'huile lourde.
Il a été Mentionné que les partie? condensables pou- vaient être envoyées dans u,i séparateur. Tous les dispositifs connus et couramment employés peuvent être utilisas pour ren-
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voyer cCn:l.'; , <,r¯.ï. ces produits condensés, en vue de leur réutilisation; en général , la même pompe d'alimentation du car bursnt nent envoyer ces produits dans l'appareil en les faisent passerpar la cuve à miveou constant.