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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR.L'INTRODUCTION ET.LA PREPARATION DE CARBURANTS
LIQUIDES DANS LES MOTEURS A PISTON.A COMBUSTION INTERNE.
L'invention concerne des perfectionnements dans la préparation des carburants liquides pour l'exploitation des moteurs à piston à combus- tion interne, en particulier des moteurs munis de carburateurs du type "Otto" qui habituellement sont alimentés à l'aide de carburants légers tels que benzol ou benzine,et qui suivant l'invention doivent être alimentés avec des huiles lourdes à point d'ébullition élevé provenant des huiles de pétrole et des houilles tels que gasoil ou huile de paraffine.
L'invention cherche par suite à faciliter la construction de mo- teurs à combustion interne de petites dimensions tournant à grande vitesse, qui présentent le faible poids et le mécanisme simple et peu coûteux.. du mo- teur Otto et en même temps la faible consommation de carburant du moteur Diesel et tend, dans les moteurs à allumage indépendant, à permettre la combustion de carburants de moindre valeur,moins antidétonants et d'ébullition difficile; de même dans les moteurs avec auto-allumage, elle permet d'employer un carbu- rant de moindre valeur et d'allumage moins facile, et au moyen d'une réalisa- tion favorable du processus de combustion, d'obtenir un gradient de pression (dp/dt) plus faible que dans les moteurs usuels;
de sorte que,les moteurs Diesel à grande vitesse peuvent être construits avec un mécanisme plus léger et moins coûteux que jusqu'à présent.
Dans les moteurs Diesel,on connaît des dispositifs pour l'amenée du carburant dans la chambre de combustion,, réalisés sous forme de tuyères d' injection, la tuyère pénétrant légèrement par sa partie antérieure dans la chambre de combustion, de telle façon que le combustible présent dans la partie antérieure de la tuyère subit un chauffage préalable avant d'être introduit au moyen d'une aiguille de tuyère commandéee Cette méthode cons- tructive ne peut toutefois être mise en oeuvre, en raison des dimensions nécessaires de la tête du cylindre, que dans les grands moteurs Diesel, mais
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non dans les moteurs Otto qui doivent être exploités avec des huiles lour- des.
On connaît de plus le procédé qui consiste à vaporiser de la façon usuelle, au moyen d'une pompe d'injection et d'une tuyère commandée par la pression de la pompe, un carburant liquide dosé, procédé dans le- quel on réalise un état vaporiforme au moyen de surfaces chauffantes dis- posées dans la chambre de combustion et chauffées par la chaleur de combus- tion du temps précédent de chaque cycle. Toutefois de telles dispositions et procédés de fonctionnement nécessitent l'emploi de tuyères à comnande indépendante, avec les mécanismes de commande correspondants, en effet, en l'absence de tuyères à commande indépendante., la.succession exacte dans le temps des quantités de carburant vaporisé pénétrant-dans le cylindre mo- teur n'est pas assurée, à cause de la formation prématurée de vapeur.
Il est connu aussi de préparer un carburant à point d'ébullition élevé au moyen d'une décomposition pyrogénée, c'est-à-dire en désagrégeant sa structure moléculaire en présence d'air. A cet effet le carburant est réchauffé avant son admission dans le moteur, en partie en totalités en présence de l'airo
Par rapport aux procédés de préparation connus qui sont affectés de plusieurs des défauts mentionnés., le procédé suivant l'invention consis- te en ce que, dans les moteurs à combustion interne avec formation du mélan- ge, le carburant est mis sous pression avant son entrée dans le moteur et subit un chauffage préalable dans sa phase liquide, au moyen des chaleurs perdues du cylindre moteur et ainsi est préparé pour un certain processus de cracking, puis le combustible est injecté sous pression accrue dans le cylindre moteur,
où il se détend brusquement et se vaporise avec crac- king.
Le procédé perfectionné suivant l'invention et le convertis- seur de carburant construit d'après ce procédé pour la préparation de carbu- rants liquides à point d'ébullition élevé en vue de l'exploitation de moteurs à pistons à combustion interne, sont décrits dans ce qui suit avec leurs principaux constituants contructifs, et représentés en vue d'une compréhen- sion plus facile sur le dessin annexé sur lequel
La figure 1 représente l'ensemble d'une installation de con- version de carburanto
La figure 2 est un diagramme concernant des hydrocarbures lourds et légers servant comme carburants pour moteurs,, dans lequel on a porté en abscisses suivant une échelle linéaire la température, et en ordonnées sui- vant une échelle logarithmique,
la pression de vapeur correspondante, aux températures considéréeso
Pour la plupart des hydrocarbures ayant fait l'objet des recher- ches effectuées jusqu'ici, les points d'entropie corrélatifs se trouvent sensible- ment sur une droite; la courbe x se rapporte à des huiles lourdes, la courbe il. à la benzine, leurs pentespar rapport à 1-'axe des abscisses différent pour les différents hydrocarbureso Tous les points d'état au-dessus des courbes valables pour le combustible examiné appartiennent à la phase liquide, et tous les points d'état au-dessous appartiennent à la phase vapeur'.
En partant par exemple du point A, à haute température, et passant dans un temps extrêmement court au point B,c'est-à-dire à une pression qui se trouve au-dessous de la pression de vapeur, le passage brusque de la phase va- peur, laquelle réclame un espace plusieurs fois plus grand que la phase liqui- de détermine une désintégration du carburant, et grâce à son énergie interne une division de ce carburant notablement plus fine que celle qui peut être ob- tenue dans le processus de pulvérisation usuel à l'orifice de tuyères d'injec- tion normales, à l'aide d'une grande vitesse et par l'influence des bords de la tuyère, mais elle nécessite aussi des pressions d'injection plus faibleso C'est suivant cette notion et diaprés des essais concluants que fonctionne le convertisseur de carburant suivant l'invention.
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La figure 3 représente la courbe de pression dans la canalisa- tion d'injection 229-relevée au moyen d'un oscillographe à 6 boucles, sous la forme d'un diagramme d'où il ressort que le carburant mis sous une pres- sion préalable d'environ 11 hpz est d'abord porté sous l'action du mouvement dû piston de la pompe d'injection à la pression d'injection, après quoi le' combustible est injecté sous une pression portée à une valeur de 21 à 61 hpz.
Après l'achèvement de la course de la pompe., la pression dans le convertissëur de carburant et la canalisation d'amenée est ramenée à la pression préalable antérieure
La figure 4 est une coupe en long d'un convertisseur de carburant suivant l'inventiono
La figure 5 représente en coupe un convertisseur de carburant muni de plus d'un chauffage électrique supplémentaire par résistance.
La figure 6 est une variante d'exécution d'un convertisseur de carburanto
Parmi les parties contructives de l'appareillage de transforma- tion et d'introduction du carburant se trouvent
1. Un convertisseur de carburant 8 qui pénètre par sa partie antérieure munie de nervures de chauffage 8' dans le cylindre moteur 10,20 du moteur et présente une chambre de préparation de grande surface s'éten- dant de préférence suivant la direction longitudinale ou d'écoulement, par son volume la chambre de préparation correspond sensiblement à la quantité de carburant liquide à injecter dans le cylindre à chaque cycle; la masse de ses parois est calculée de façon à lui permettre d'emmagasiner au moins la quantité de chaleur nécessaire pour la préparation de cette quantité de car- burant en d'autres termes;
la surface extérieure., en regard de la chambre de combustion,des parois de la chambre de préparation est calculée par rapport à la surface intérieure de la chambre de préparation tournée vers-le carbu- rant de telle façon que, dans toutes les conditions d'exploitation, la quanti- té de chaleur empruntée par la surface extérieure des parois aux gaz de la combustion soit égale à celle qui est nécessaire pour la préparation du car- burant
2. Une soupape 12 disposée à l'orifice 18 de la tuyère du con- vertisseur de carburant, laquelle lorsqu'elle est destinée à une chambre de com- bustion aplatie peut être réalisée sous forme de clapet de retenue à obturateur conique,qui pénètre par sa tige 13, son ressort hélicoïdal 14 et l'écrou de ré- glage 15 dans une boite 16 disposée sur le couvercle 20 du cylindre de la machi- neo
3.
Une canalisation d'amenée du carburant 22 qui relie le conver- tisseur .de carburant 8 et sa boîte-support 16, avec la pompe d'injection à plongeur 23, 26 par l'intermédiaire d'un clapet de retenue 24.
4. Des organes de commande de la pompe et de réglage de marche parmi lesquels on a indiqué schématiquement sur la figure 1 à titre d'exemples de réalisation.; une came rotative de commande 28 pour le plongeur 26 de la pom- pe. Comme autres organes auxiliaires de l'exploitation, on peut introduire dans la circulation de'carburant entre la pompe et le convertisseur de carburant des régulateurs commandés à la main ou répondant automatiquement aux variations de pression (non représentée) qui coopèrent avec la commande de la pompe.
La carburant dans la canalisation 22 de la pompe et dans la cham- bre de préparation 8 est soumis à une pression permanente plus grande que la pression de vapeur correspondant à la température considérée. Au moyen d'une augmentation de la pression, comme on le voit sur¯la figure 2, le carburant li- quide préparé dans le convertisseur 8 sous l'influence de la pression et de la chaleur est injecté dans le cylindre moteur 10.
Le convertisseur de carburant 48 et son orifice 42 sont représen- tés spécialement dans Inexécution suivant la figure 6.
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Le convertisseur de carburant lui-même prend entre son orifice et la canalisation d'amenée du carburant 22 des températures différentes; sa réalisation constructive spéciale permet d'obtenir que les quantités de carburant qui se trouvent à l'intérieur des différentes régions de la tuyère soient de grandeurs différentes. Entre le clapet de retenue qui se trouve à la pompe d'injection 23 et l'orifice du convertisseur de carbu- rant, il se maintient dans l'intervalle de temps qui s'écoule entre les périodes d'injection, par l'élasticité, et à cause de la séparation de 1' air, un niveau de pression supérieur à celui qui existe dans les systèmes normaux.
Pour le démarrage du moteur à froid et sa remise en marche, ainsi que pour 1' exploitation à charge partielle, le convertisseur de carburant, dans sa forme de réalisation représentée sur la figure 5, est muni d'un dispositif de chauffage électrique par résistances, sous forme d'hélices ou de fils 35,35'.
Dans les particularités constructives de dispositif de prépa- ration et d'injection de carburant du genre décrit, on peut encore opérer d'autres modifications et compléments, sans s'écarter de l'essence et des principes de base de l'invention.
Pendant que le convertisseur de carburant liquide 8 est, suivant la figure 4, formé à la sortie 18 de la tuyère au moyen d'une clapet à obtu- rateur conique 12 qui s'ouvre sous la pression de combustible après avoir sur- monté l'effort du ressort 14, dans les convertisseurs de carburant suivant la figure 6, on utilise comme fermeture une aiguille de tuyère 43 à cône allongé., ajustée dans sa tuyère 42, et qui avec l'orifice de celle-ci forme un passage annulaire d'angle aigu, le combustible préparé passe de lui-même par ce pas- sage (figure 6) de la tuyère dans le cylindre moteur après s'être élevé en fonc- tion de la pression d'injectiono
Suivant l'invention, il est prévu que la pompe d'injection est réglée avec une avance choisie à volonté sur une pression maximum,
qui n'est supérieure que de 5 à 10 hpz à la pression intérieure qui règne dans le cy- lindre moteur à l'instant de l'injection. De ce fait la pente de la came 28' de la pompe peut être sensiblement plus aplatie que cela n'est nécessaire dans le cas d'une tuyère d'injection normale, et l'on peut utiliser une pompe à ex- centrique. La pente très progressive de la came 28' de la pompe permet d'uti- liser des vitesses de rotation plus élevées, ce qui est important en particu- lier dans le cas des moteurs à deux tempso
Avec avantage, le convertisseur de carburant avec sa chambre de préparation dans la partie chauffée peut être isolé des autres parties en in- tercalant un barrage thermique (couche isolante) ou plusieurs points de lami- nage de la chaleur (parties rétrécies dans les organes de liaison)
comme cela est représenté dans la figure 6 en 44, 44' et 47,47'.
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METHOD AND DEVICE FOR INTRODUCTION AND PREPARATION OF FUEL
LIQUIDS IN PISTON ENGINES, INTERNAL COMBUSTION.
The invention relates to improvements in the preparation of liquid fuels for the operation of internal combustion piston engines, in particular engines provided with "Otto" type carburetors which are usually powered by light fuels such as "Otto" type. as benzol or benzine, and which according to the invention must be fed with heavy oils with a high boiling point originating from petroleum oils and coal such as gas oil or paraffin oil.
The invention therefore seeks to facilitate the construction of small-sized internal combustion engines rotating at high speed, which have the low weight and the simple and inexpensive mechanism of the Otto engine and at the same time the low. diesel engine fuel consumption and tends, in independent ignition engines, to allow the combustion of lower value, less anti-knock and difficult to boil fuels; in the same way in the engines with self-ignition, it makes it possible to use a fuel of lesser value and less easy ignition, and by means of a favorable realization of the combustion process, to obtain a gradient of lower pressure (dp / dt) than in conventional engines;
so that, high speed diesel engines can be built with a lighter and cheaper mechanism than heretofore.
In diesel engines, devices are known for supplying fuel into the combustion chamber, made in the form of injection nozzles, the nozzle penetrating slightly through its front part into the combustion chamber, so that the nozzle. fuel present in the front part of the nozzle undergoes preliminary heating before being introduced by means of a controlled nozzle needle This construction method cannot however be implemented, due to the necessary dimensions of the cylinder head , than in large diesel engines, but
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not in Otto engines which must be operated with heavy oils.
The process is also known which consists in vaporizing in the usual way, by means of an injection pump and a nozzle controlled by the pressure of the pump, a metered liquid fuel, a process in which a metered liquid fuel is carried out. vapor-like state by means of heating surfaces arranged in the combustion chamber and heated by the heat of combustion of the preceding time of each cycle. However, such arrangements and operating methods require the use of independently controlled nozzles, with the corresponding control mechanisms, in fact, in the absence of independently controlled nozzles., The exact succession in time of the quantities of fuel vaporized penetrating into the engine cylinder is not ensured, due to premature vapor formation.
It is also known to prepare a fuel with a high boiling point by means of a pyrogenic decomposition, that is to say by breaking up its molecular structure in the presence of air. For this purpose the fuel is heated before its admission into the engine, partly in totality in the presence of the air
Compared with the known preparation processes which are affected by several of the mentioned shortcomings, the process according to the invention consists in that, in internal combustion engines with formation of the mixture, the fuel is pressurized beforehand. its entry into the engine and undergoes preliminary heating in its liquid phase, by means of the heat lost from the engine cylinder and thus is prepared for a certain cracking process, then the fuel is injected under increased pressure into the engine cylinder,
where it suddenly relaxes and vaporizes with spitting.
The improved process according to the invention and the fuel converter constructed according to this process for the preparation of high-boiling liquid fuels for the operation of internal combustion piston engines are described. in what follows with their main constructive constituents, and shown for easier understanding in the accompanying drawing in which
Figure 1 shows the assembly of a fuel conversion installation
FIG. 2 is a diagram relating to heavy and light hydrocarbons serving as fuels for engines, in which the temperature has been plotted on the abscissa on a linear scale, and on the ordinate on a logarithmic scale,
the corresponding vapor pressure, at the temperatures considered
For most of the hydrocarbons that have been the subject of research carried out so far, the correlative entropy points are found substantially on a straight line; curve x refers to heavy oils, curve il. with benzine, their slopes with respect to the different abscissa axis for the different hydrocarbons o All the state points above the curves valid for the fuel examined belong to the liquid phase, and all the state points above below belong to the vapor phase '.
Starting for example from point A, at high temperature, and passing in an extremely short time to point B, that is to say at a pressure which is below the vapor pressure, the sudden passage of the vapor phase, which requires a space several times larger than the liquid phase determines a disintegration of the fuel, and thanks to its internal energy a division of this fuel notably finer than that which can be obtained in the process spray at the orifice of normal injection nozzles, using high speed and by the influence of the edges of the nozzle, but it also requires lower injection pressures o This is according to this concept and according to the conclusive tests that the fuel converter according to the invention operates.
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Figure 3 shows the pressure curve in the injection line 229-recorded by means of a 6-loop oscillograph, in the form of a diagram from which it emerges that the fuel put under a pressure prior to about 11 hpz is first brought under the action of the piston movement of the injection pump to the injection pressure, after which the fuel is injected under a pressure increased to a value of 21 to 61 hpz.
After the stroke of the pump is completed, the pressure in the fuel converter and the supply line is reduced to the previous pre-pressure.
Figure 4 is a sectional length of a fuel converter according to the invention.
FIG. 5 shows in section a fuel converter fitted with more than one additional electric resistance heater.
Figure 6 is an alternative embodiment of a fuel converter
Among the constructive parts of the fuel transformation and introduction equipment are
1. A fuel converter 8 which penetrates through its front part provided with heating ribs 8 'into the engine cylinder 10,20 of the engine and has a preparation chamber with a large surface area preferably extending in the longitudinal direction or flow, by its volume the preparation chamber substantially corresponds to the quantity of liquid fuel to be injected into the cylinder at each cycle; the mass of its walls is calculated so as to allow it to store at least the quantity of heat necessary for the preparation of this quantity of fuel in other words;
the outer surface, facing the combustion chamber, of the walls of the preparation chamber is calculated with respect to the inner surface of the preparation chamber facing the fuel in such a way that, under all conditions of during operation, the amount of heat taken by the outer surface of the walls from the combustion gases is equal to that required for the preparation of the fuel
2. A valve 12 disposed at the orifice 18 of the nozzle of the fuel converter, which when intended for a flattened combustion chamber may be in the form of a check valve with a conical plug, which penetrates by its rod 13, its helical spring 14 and the adjusting nut 15 in a box 16 disposed on the cover 20 of the cylinder of the machine
3.
A fuel supply line 22 which connects the fuel converter 8 and its support box 16, with the plunger injection pump 23, 26 by means of a check valve 24.
4. Pump control and rate adjustment devices among which is shown schematically in Figure 1 as exemplary embodiments; a rotary control cam 28 for the plunger 26 of the pump. As other operating auxiliaries, it is possible to introduce into the flow of fuel between the pump and the fuel converter regulators controlled by hand or automatically responding to pressure variations (not shown) which cooperate with the control of the fuel. pump.
The fuel in the pipe 22 of the pump and in the preparation chamber 8 is subjected to a permanent pressure greater than the vapor pressure corresponding to the temperature considered. By means of an increase in pressure, as can be seen in Figure 2, the liquid fuel prepared in the converter 8 under the influence of pressure and heat is injected into the engine cylinder 10.
The fuel converter 48 and its orifice 42 are specially shown in the construction according to figure 6.
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The fuel converter itself takes different temperatures between its orifice and the fuel supply pipe 22; its special construction makes it possible to obtain that the quantities of fuel which are inside the different regions of the nozzle are of different sizes. Between the check valve which is located at the injection pump 23 and the orifice of the fuel converter, it is maintained in the time interval which elapses between the injection periods, by the elasticity , and because of the separation of the air, a pressure level higher than that which exists in normal systems.
For starting the engine from cold and restarting it, as well as for operation at part load, the fuel converter, in its embodiment shown in FIG. 5, is provided with an electric heater by resistors. , in the form of helices or wires 35.35 '.
In the constructive features of a fuel preparation and injection device of the kind described, it is still possible to make other modifications and additions, without departing from the essence and the basic principles of the invention.
While the liquid fuel converter 8 is, according to figure 4, formed at the outlet 18 of the nozzle by means of a conical shutter valve 12 which opens under the fuel pressure after having over- mounted the nozzle. The force of the spring 14, in the fuel converters according to FIG. 6, a nozzle needle 43 with an elongated cone is used as closure, fitted in its nozzle 42, and which with the orifice of the latter forms an annular passage acute angle, the prepared fuel passes by itself through this passage (figure 6) from the nozzle into the engine cylinder after having risen as a function of the injection pressure.
According to the invention, provision is made for the injection pump to be adjusted with an advance chosen at will to maximum pressure,
which is only 5 to 10 hpz higher than the internal pressure prevailing in the engine cylinder at the instant of injection. Therefore the slope of the pump cam 28 'can be significantly more flattened than is necessary in the case of a normal injection nozzle, and an eccentric pump can be used. The very gradual slope of the pump cam 28 'allows higher rotational speeds to be used, which is particularly important in the case of two-stroke motors.
Advantageously, the fuel converter with its preparation chamber in the heated part can be isolated from the other parts by inserting a thermal barrier (insulating layer) or several heat roll points (narrowed parts in the parts of the heat exchanger. binding)
as shown in Figure 6 at 44, 44 'and 47,47'.