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SYSTEME DE PULVERISATION FORCEE INTERMITTENTE DU-CARBURANT DANS LES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE ET CARBURATEUR REALISE EN APPLICATION DU
SYSTEME.
L'invention a pour objet un système mécanique pour réaliser la pul- vérisation forcée intermittente du jet de combustible destiné à alimenter les moteurs à combustion interne. Ce jet est amené à traverser, en un filet conti- nu, une zone convenable du tuyau d'admission où il est frappé par un jet d'air sous pression, qui jaillit de façon intermittente et à un rythme déterminé, à travers un dispositif distributeur, ce qui fait qu'on obtient l'intermittence de la pulvérisation en variant le rythme d'écoulement du fluide, air sous pres- sion ou autre, qui a été prévu pour briser et pulvériser le jet.
L'invention prévoir la réalisation d'un carburateur mécanique pour l'application du système, ce carburateur réalisant une pulvérisation forcée intermittente du jet de com- bustible et des moyens y étant prévus pour y maintenir constant le rapport en poids entre le carburant et l'air introduits dans le cylindre, selon les va- riations des tours du moteur, et pour varier automatiquement la portée du jet de carburant en fonction des variations de la densité de l'air de carburation.
On sait que, dans les types de carburateurs employés ordinairement aujourd'hui, dans le conduit d'aspiration du moteur est ménagé un étranglement (diffuseur) dans lequel le courant d'air acquiert une vitesse plus grande et, par conséquent, une pression mains forte de celle de 1'atmosphère. 'Dans la section la plus réduite du diffuseur, débouche une tubulure ayant un trou de sortie calibré, à travers lequel est aspiré le combustible qui, se mélangeant avec l'air en mouvement, se pulvérise en formant le mélange que le moteur aspi- re.
Toutefois, pour que ce dernier fonctionne régulièrement aux différents ré- gimes, il faut que, à tout moment, le rapport en poids entre l'air aspiré et le carburant en suspension demeure constant et que, de plus, le mélange par- fait des deux éléments soit assuréo On a tenté d'obtenir la constance du dit rapport par des moyens variés qui n'ônt, cependant, atteint leur but que par- tiellement. Pour assurer le mélange intime des éléments, on a toujours ten- té, jusqu'ici, d'élever la finesse de pulvérisation en évitant que ne se for-
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massent des granules ou des gouttelettes.¯.Cependant, les carburateurs construits d'après ces directives ont des défauts considérables :
notamment, le rapport en poids n'est jamais respecté à tous les points de la courbe d'utilisation et cette discontinuité est plus grande lors de reprises rapides ou de fermetures soudaines de l'organe de commandée
La pulvérisation du combustible obtenue par dépression est défectu- euse, surtout lorsqu'on est forcé de faire usage de diffuseurs de grand diamè- tre pour réduire les pertes de charge- comme cela a lieu dans les moteurs à rem- plissage volumétrique élevé non suralimentés.
Dans les cas de moteurs à plusieurs cylindres avec tuyauterie met- tant en communication plusieurs orifices d'aspiration, la présence du mélange dans les tronçons de liaison détermine des écarts dans la distribution du mélan- ge dans les différents cylindres.
Dans les moteurs à haut régime (c'est-à-dire à haut remplissage vo- lumétrique), l'homogénéité imparfaite du mélange, causée par une pulvérisation défectueuse, influe d'autant plus sur le fonctionnement régulier du moteur que le régime est plus élevé, la durée des phases qui précèdent et suivent immédia- tement l'explosion'y étant décroissante en raison inverse de l'augmentation du régime lui-même, d'où moindre rendement ou bien consommation plus grande de car- burant qui n'est pas complètement utilisé dans la phase d'expansion. Pour. ob- tenir un mélange correct de l'air avec le carburant, on utilise,outre des car- burateurs à dépression, les systèmes à injection.
Ces systèmes, tout en attei- gnant leur but, exigent des appareils complexes difficules à construire et, par conséquent, trop coûteuxo De plus, ils se prêtent mal à une application aux moteurs à plusieurs cylindres de petite cylindrée unitaire et à haut régi- me, où il est difficile de calibrer avec l'exactitude nécessaire les organes pour les très petites quantités de combustible exigées pour chaque cylindre.
Les dispositifs à injection conviennent peu pour les moteurs à haut régime par suite de la nécessité d'élever la fréquence des mouvements alternatifs de cer- tains organes. De plus, le fonctionnement des petites pompes accessoires, qui est suffisamment sûr lorsqu'on emploie un combustible lourd comme, par exemple, un produit lourd extrait du pétrole, est tout à fait compromis lorsqu'on doit faire usage, par exemple, d'essence, qui est dépourvue de tout pouvoir lubrifiant.
Le système mécanique de carburation, objet de la présente invention., réalise les avantages suivants : a) pulvérisation homogène à granulation très fine; b) mélange très fin du combustible .pulvérisé et de l'air aspiré par le moteur, avec formation d'un mélange explosif convenable même pour des cycles très rapides ; c) pulvérisation limitée dans chaque cylindre à la seule phase d'as- piration ; d) dosage exact de la quantité de combustible, même dans les moteurs de petite cylindrée; e) consommation unitaire réduite de combustible;
f) réglage automatique du titre du mélange en n'importe quelle cir- constance (reprisé, fermeture rapide, etc...) même au cas de variations baromé- triques (variations d'altitude)
On a représenté, à titre d'exemples purement indicatifs et nullement limitatifs, quelques modes de réalisation de l'invention, au dessin annexé dans lequel ; la figure 1 est la coupe longitudinale d'un premier mode d'exécution, avec cuve de réception du carburant, à niveau constant ; lafigure la est une vue de détail du corps de la soupape de réglage attelée à la capsule manométri- que ; la figure 2 montre la coupe longitudinale d'une variante du mode de réalisation de la figure 1, dans laquelle la circulation du carburant est obtenue au moyen d'une pompe foulante et d'une pompe de récupération;
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la figure 3 représente une aute- forme d'exécution, illustrant- seulement la partie qui se trouve à l'intérieur de l'ensemble de pulvérisa- tion; la figure 4 est une coupe du carburateur, analogue à la précéden- te, limitée à l'intérieur du groupe pulvérisateur, complétée par le plan d'en- semble, pour la commande de la soupape d'aspiration, qui assure également le fonctionnement d'une soupape de distribution de l'air sous pression, destinée, dans cette variante d'exécution, à la pulvérisation du jet, soupape qui rempla- ce le dispositif à chambre tournant de la figure 1 à 3; les figures 5 et 6 schématisent les positions d'une soupape à guil- . lotine, respectivement à vanne simple ou double, pouvant se substituer à la sou- pape papillon;
les figures 7 et 8 montrent en coupe les particularités du groupe pulvérisateur monobloc, l'orifice.de distribution étant pourvu d'une ouver- ture pour diriger (figure 7) et pour répartir (figure 8) le jet; les figures 9, 10 et 11 schématisent diverses dispositions de l'o- rifice de distribution du carburant pulvérisé, placé en divers endroits entre le tube d'admissiono
Dans ces figures, les parties identiques et similaires sont indi- quées par les mêmes chiffres de référencée
A la figure 1 la référence 1 indique la tubulure d'admission qui se prolonge, vers la prise d'air, en un conduit tubulaire 2, à l'extrémité du- quel se trouve un volet papillon ordinaire 1 ou'tout autre système de réglage opportun;
dans une cavité latérale convenable du conduit 2, est ménagé le lo- gement du dispositif distributeur, essentiellement constitué par un organe ap- te à produire un jet intermittent d'air sous pression.. Dans les modes d'exé- cution des figures 1 à 3, ce dispositif est formé d'une chambre tournante 4, pourvue de lumières d'échappement 5; la chambre ± est attelée mécaniquement au moteur et tourne en phase avec lui. Dans la chambre 4, est amené un courant d'air sous pression, provenant d'un appareil générateur, non représenté.
Le logement de la chambre ± est mis en communication avec la chambre 1 au moyen d'un conduit 6, convenablement orientéo. La rotation de la chambre ± détermi- ne l'ouverture et la fermeture des lumières 5, partir desquelles est provo- quée, à l'intérieur du conduit 6, une sortie d'air; cette ouverture et cette fermeture sont en phase avec celles de la soupape d'admission au cylindre.
Du tuyau collecteur .7 du carburant se détache en direction à peu près verticale une tuyère 8 de petite section (en forme d'aiguille) d'où le carburant gicle avec un débit constant.. par suite de la section constante et calibrée de cette tuyère 8.
Le carburant est maintenu sous pression par une pompe volumétri- que d'admission 9 qui peut être du type à engrenages ou rotatif,ou tout au- tre. Le jet de carburant, issu de la tuyère'8, après avoir parcouru en li- berté, en un filet continu, une courte trajectoire, pénètre dans le tuyau 10, qui a une section bien plus grande que le jet lui-même, et ce tuyau ramène le carburant dans la petite cuve 11 qui communique avec un conduit 12' venant du réservoir, non représenté au dessin; cette communication est commandée par la soupape 12 actionnée par le flotteur 13 qui est prévu pour maintenir le ni- veau constant dans cette cuveo La pompe 9, de son coté, aspire le carburant de la cuve 11, par :le tuyau 11', et l'injecte par le tuyau 25 dans le collec- teur 7.
Dans la variante représentée à la figure 2, par contre, la pompe .9 aspire directement le carburant dans le réservoir, tandis que la pompe de ré- cupération 27 ramène continuellement le carburant au réservoir lui-même. Une conduite (non représentée) servira, dans cette forme d'exécution, à égaliser la pression entre le réservoir et la zone du tube 2, en aval de 3, de façon que les variations de pression dans cette zone, comme conséquence du déplace- ment de la soupape, ne modifient pas la portée du jet 80
Comme la pompe 9, et éventuellement aussi la pompe 27, sont action- nées par le moteur et que la section des tuyères 8 est constante, le débit du carburant provenant de ces tuyères est directement proportionnel aux nombres
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de tours du moteur.
Les tuyères 8 sont aménagées en direction verticale ou presque verticale, dans un emplacement convenable:, au voisinage du tuyau d'as- piration la
L'ensemble qui commande la pompe 9 peut actionner aussi le petit générateur d'air 'comprimé qui alimente le distributeur 4; ledit générateur, cependant, peut aussi être mis en mouvement par une transmission séparée, à la condition que l'appareil soit disposé de manière à créer dans tous les. cas une pression suffisante pour briser le jet de combustible. Il va de soi que, au lieu d'un seul générateur, il pourra y en avoir un par cylindre ; ce cas, les générateurs pourront être incorporés aussi avec le distributeur tour- nant.
Le courant d'air qui, à travers le conduit provient du distribu- teur 4 a donc un caractère intermittent. Le conduit 6, qui a la forme d'une tuyère, avec section calibrée, pénètre dans le conduit 2 selon une direction transversale orientée vers le jet de carburant qu'il frappe dans le tronçon li- bre entre 10 et o Il en résulte que ce jet est coupé, brisé et pulvérisé pen- dant tout le temps que le distributeur ! reste ouvert, à savoir tant que le con- duit est en communication avec la chambre ¯4 à travers une des lumières 5.
Lorsque la communication est interrompue parce que le mouvement de rotation de la chambre 1 s'est poursuivi, le débit d'air sous pression provenant du conduit 6 cesse et le jet de carburant reprend son parcours et est ainsi recueilli de nouveau par le tuyau 10, à travers lequel il va tomber directement dans la cuve 11, lorsque l'appareil est réalisé selon le mode de la figure 1. S'il est réa- lisé selon le mode de la figure 2, le jet est acheminé directement vers le réser- voir à l'aide de la pompe 27.
L'invention prévoit, en outre, que non seulement le jet d'air pro- venant du conduit aura une allure intermittente, mais que le distributeur ± et les lumières d'écoulement 2 sont aménagés de manière que l'écoulement ait lieu seulement au cours de la phase d'aspiration et ait la durée d'une fraction pré-établie de la dite phase.
Il est évident que, si le moteur est à plusieurs cylindres, chaque cylindre sera pourvu d'un des ensembles représentés. Par suite, dans chaque cylindre, on aura, à chaque instant, un débit constant de carburant à partir de chaque tuyère 8, tandis que les débits d'air sous pression des tuyères ( se- ront décalés l'un par rapport à l'autre car ils seront en phase avec l'aspira- tion de chaque-cylindre respectif.
L'invention prévoit encore des moyens automatiques pour maintenir de façon stable le rapport en poids entre l'air aspiré dans le cylindre et le carburant qui y est pulvérisé. Pour obtenir cela, il faut, évidemment, satis- faire aux conditions suivantes : comme les temps d'admission, ainsi que les temps d'ouverture du distributeur du jet d'air sous pression, sont inversement propo.r- tionnels aux nombres de tours du moteur, il est clair que la dose du carburant doit être proportionnelle constamment aux nombres de tours du moteur; pareille- ment,la dose du carburant doit être proportionnelle à la densité de l'air exis- tant dans la tuyauterie d'admission.
On réalise la première condition en fai- sant arriver le carburant à travers des tuyères 8 à section constante, tout en prévoyant des moyens pour faire varier la dose. On obtient cela en faisant va- rier la pression en fonction des nombres de tours du moteur, et on y arrive en accouplant la pompe 2 avec le moteur lui-même.
Par conséquent, par n'importe quel régime, à toute aspiration, pénétrera dans le cylindre une quantité cons- tante de combustible finement pulvériséeo
En outre, il faut remarquer que la densité de l'air aspiré diminue au fur et à mesure qu'en agissant sur le papillon 1 on passe de la position où l'on a, dans le conduit tubulaire 2, l'ouverture maximum, c'est-à-dire la pres- sion à peu près atmosphérique, vers des positions de moindre ouverture -marche minimum) pour lesquelles la pression dans le conduit 2 est réduite jusqu'aux environs de 0,4 mm.
L'invention prévoit un dispositif pouvant faire varier automatique- ment le débit du carburant, de manière à le diminuer en proportion de la dimi-
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nution de la densité de l'air aspirée Ce dispositif est formé par n'importe quel ensemble apte à commander l'ouverture d'une soupape mettant le tuyau d'ad- mission du combustible en communication partielle avec un tuyau de dérivation, de manière à réduire la dose du jet de combustible en même temps que diminue la pression de l'air et vice-versa,,
Le dispositif est constitué, dans le mode de réalisation des figues 1 et 2, par un boitier 14 fermé,
dans lequel est placée une capsule manométri- que 15 et un ou plusieurs éléments déformables ou tout autre dispositif équiva- lento Le boîtier 14 est mis'en communication avec le conduit 2 en aval du vo- let au moyen du conduit 16 de section convenablement choisie pour qu'à l'inté- rieur de ce conduit s'établisse rapidement la dépression existant dans le con- duit 2 tout en amortissant les pulsations rapides. La capsule 15 commande l'ou- verture de la lumière d'arrivée mise en dérivation sur le conduit d'admission du carburantdéterminant ainsi la chute graduelle de la pression et, par con- séquent, de la dose du jet.
D'un côté la capsule 15 est fixée à un dispositif de réglage 17 sou- tenu par un des fonds du boîtier 14; de l'autre côté, elle est reliée rigide- ment avec une tige 19 qui traverse l'autre fond du boîtier 14 en correspondan- ce avec un trou calibréo La tige 19 est pourvue d'une extrémité 21 ayant un étranglement graduellement croissant 22, comme le montre la figure de détail lao Lorsqu'à l'intérieur du boftier 14 existe la pression barométrique initia- le, la partie cylindrique terminale 23 de la tige 19 ferme complètement le trou à arête vive 24, pratiqué dans un branchement du tuyau 25. et la pression du carburant prend alors sa plus haute valeur. Lorsqu'une dépression se présente dans le conduit 2. la capsule afi se dilate et fait avancer l'aiguille 19.
Ce déplacement détermine la formation d'une lumière et, par conséquent, une fuite de carburant entre le creux d'aiguille 22 et le trou 24; cette lumière augmen- te progressivement par suite du profil du creux 22, au fur et à mesure qu'aug- mente la dépression. Le carburant qui jaillit du trou 24 en quantité toujours croissante est recueilli par le tuyau 26 et retourne à la cuve 11 (figure 1) ou à la pompe 1 pour être refoulé au réservoir (figure 2).
De cette manière, on réalise automatiquement la correction continue de la vitesse et, par consé- quent, du débit du jet, en fonction des variations de la pression à l'intérieur du carburateuro
Le schéma de la figure 3 se rapporte, ainsi qu'il a été dit, à une solution applicable lorsqu'on a des tubulures d'aspiration rabattues parallè- lement ou presque à l'àxe du cylindre (comme dans les moteurs en étoile). Dans ce cas, le tuyau 28 destiné à recueillir le jet de carburant provenant de la tuyère en forme d'aiguille 29, peut être incorporé dans la paroi de la tubulu- re d'admission, ce qui offre l'avantage de laisser complètement libre la sec- tion d'écoulement à l'intérieur de la tubulure d'admission.
Dans la forme d'exécution représentée aux figures 1 à 3, l'organe de réglage du carburateur est une valve à papillon 3 disposée en amont du grou- pe injecteur. Avec cette disposition, quand le moteur tourne avec le papillon à demi fermé (régime réduit), l'injecteur est soumis aux variations de pression (dépression) qui se produisent en aval du papillon 3, quand celui-ci est dépla- cé de la position d'ouverture maximum vers la position de fermeture ou de mar- che au ralentio Ces dépressions viendraient influencer le débit du jet conti- nu qui s'écoule du tube 1 en tendant à l'accrofte à mesure que la dépression augmente.
Dans la forme d'exécution.de la figure 1, pour compenser cette ac- tion qui modifierait la composition du mélange carburant, on a fait en sorte que la même dépression qui se produit en aval du papillon ± s'établisse égale- ment dans.la petite cuve 11; le même tuyau .5., de section suffisamment large assure cette égalisationo Dans la forme d'exécution de la figure 2, au con- traire, le réservoir de carburant (non représenté) est relié par une tuyaute- rie appropriée à la zone du tuyau 2 qui se trouve en aval de la valve à papil- lon de manière à égaliser les pressions des deux cotes.
Les schémas des figures. 4 à 11 représentent au contraire une dis- position grâce à laquelle on n'a plus besoin d'égaliser ainsi.les pressions, parce que là valve à papillon 1 est placée entre le groupe pulvérisateur et la soupape d'aspiration 30. Avec ce perfectionnement, le groupe pulvérisateur
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ne se trouve plus soumis aux variations de pression qui se produisent dans le tuyau 1. Il peut être préférable d'utiliser avec cette solution aux lieu et place de la valve à papillon une valve à tiroir à diaphragme simple 3b (figu- re 5) ou à double diaphragme 3 ç (figure 6).
Il faut remarquer que, dans des cas déterminés, le réglage de l'ou- verture et de la fermeture du débit de l'air sous pression, destiné à pulvéri- ser le jet de carburant, au lieu d'être obtenu par des chambres tournantes ou des systèmes analogues, peut être assuré directement au moyen d'organes de com- mande de la soupape (culbuteur, tête à commande directe, etc...) qui, au cours de leur mpuvement, peuvent déterminer l'ouverture ou la fermeture du débit d'air du pulvérisateur.,
Le dispositif qui commande l'écoulement intermittent de l'air peut être réalisé, par exemple, au moyen d'une soupape à mouvement alternatif 31 du type représenté à la figure 4; cette soupapé 31, maintenue sur son siège par le ressort 32, obture l'orifice d'écoulement 33 d'un conduit d'alimentation d'air comprimé 34.
L'ouverture de la soupape 31 convenablement combinée avec l'ouverture de la soupape 30 fait couper le jet de carburant par l'air sous pression. La soupape 31 peut être commandée par une came secondaire 35, mon- tée sur le même arbre que la came 36 qui commande la soupape 30.
Dans ce cas, chaque pulvérisateur est pourvu d'une soupape du même type que la soupape 31.
-Cette disposition ne nécessite pas prenne de précautions spé- ciales pour le graissage, précautions qui sont indispensables avec la .solution par gaine tournante / représentée aux figures 1 à 3.
On peut également prévoir de faire commander par l'arbre à cames le déplacement de petits compresseurs volumétriques à cylindre et piston qui produiraient le jet d'air intermittent en phase avec l'ouverture de chaque soupape d'aspiration, mais cette solution n'a pas été représentée, parce que sa réalisation est d'une extrême simplicité,, On peut confier à des ressorts le soin de ramener en arrière les petits pistons, tandis que la course d'aller ou de compression est commandée par des cames secondaire avec, éventuellement interposition de poussoirs.
Dans une telle disposition, chaque injecteur est pourvu de son pro- pre compresseur volumétrique,
Il faut noter qu'il est préférable, pour des raisons pratiques, de réaliser l'ensemble pulvérisateur sous forme d'une pièce unique 37 (figures 7 à 11) dans laquelle l'orifice de sortie peut être pourvu d'ajutages 38 dont la forme permettra d'obtenir un jet plus ou moins évasé. Dans la forme d'exécu= tion représentée à la figure 8, l'ajutage 38a comporte des trous qui sont dis- posés en couronne et dont les axes convergent sur l'axe de l'injecteuro L'in- jecteur donne ainsi un cône d'écoulement très ouverto
Dans la variante de la figure 9, le groupe injecteur 37 envoie le carburant pulvérisé au centre du tube 2 dans le même sens que l'air aspiré.
Dans la forme d'exécution de la figure 10, le conduit 2 et l'injec- teur37a ont même axe, mais le jet de carburant pulvérisé est dirigé en sens inverse de l'air aspiréo
Dans la forme d'exécution de la figure 11, l'injecteur 37b est dis- posé à la partie inférieure de la tubulure d'admission 2 et l'axe du c6ne d'é- coulement du carburant pulvérisé se présente en travers du courant d'air aspi- ré par le cylindre; l'injecteur 37b pourrait tout aussi bien être disposé de manière identique sur le coté de la tubulure d'admission 2 au lieu d'être pla- cé dans sa partie inférieure.
On donnera la préférence à l'une ou l'autre des différentes solu- tions représentées au dessin suivant les caractéristiques et le type particulier des moteurs auxquels l'invention devra être appliquée.