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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'.