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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR L'INTRODUCTION DE VAPEUR D'EAU DANS LE MELANGE DE GAZ
ASPIRE DANS UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE.
Il est connu., dans le fonctionnement des moteurs à cpmbustion interne, en particulier des moteurs d'automobiles, d'introduire de la vapeur d'eau dans Pair ou dans le mélange d'air et de carburant aspiré dans le moteur. Comme on le sait, de la vapeur d'eau introduite de cette manière produit un effet avantageux, en éliminant, ou en réduisant., les dépôts de carbone sur les parois de cylindres,pistons et bougies d'allumage, ce qui diminue l'usure des pistons ou des segments de pistons, ainsi que les diffi- cultés d'allumage et la tendance à l'auto-allumage du mélange de gaz., dans les cas où cet auto-allumage est indésirable.
Les procédés et dispositifs connus pour effectuer 1-'opération indiquée ci-dessus présentent l'inconvénient d'être,ou bien trop compliqués, ou bien de ne pas être conçus en tenant suffisamment compte de ce que si, pour une raison quelconque par exemple une erreur dé manoeuvre, le disposi- tif tombe en panne, il ne doit y avoir aucun risque d'introduction dans le mélange de gaz, d'eau non évaporée ou de vapeur en excès et que, de même, l'aspiration d'air impropre à la combustion soit impossible. C'est pour ces raisons que le principe d'introduire de la vapeur d'eau dans les cylindres de moteurs à combustion interne n'a pas été adoptés en pratique, sur une é- chelle importante.
On a déjà proposé de faire s'écouler 1?eau, sous 1-'influence de la pesanteur, d'un réservoir d'eau vers une botte à vapeur chauffée par les gaz d'échappement du moteur la vapeur étant aspirée, de la bolte à vapeur dans le système d'admission du moteur. Le réservoir d'eau est muni d'un ori- fice obturé de manière étanche aux gaz par un couvercle amovible, de façon qu'on puisse verser de l'eau dans le récipient après enlèvement du dit couver- cle.
En cours de fonctionnement, le couvercle doit constituer une fermeture parfaitement étanche aux gaz, car, autrement, de 1?eau pourrait s'écouler sous Inaction de son propre poids en quantité incontrôlable vers la bote à
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vapeur communiquant avec le système d'admission du moteur, ce qui aurait pour conséquence que de la vapeur ou de Peau partiellement non vaporisée--
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pourrait être aspirée dans le moteur en quantité si importante qu9îl en rê-8-U-1- terait des difficultés de fonctionnement permanentes ou au moins temporaires.
Un dispositif de ce type ne convient donc pas pour 19 emploi par exemple, sur
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moteurs d9automobileso La présente invention a pour objet un nouveau procédé dpintrod-ac- tion de vapeur deau dans le mélange aspiré dans un moteur à combustion in- -
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terne, en particulier, un moteur dautomobile, procédé qui assure cette intro- duction de manière plus parfaite que ce qui a pu être réalisé usqn9à présait, afin que, même en cas de défaillance du dispositif ou d'une fausse manoeuvre, il n-en résulte aucun risque de détérioration du moteuro Selon 19invéntfon,- de Peau est aspirée du réservoir d'eau vers la boite à vapeur sous 1?dfjt>%, de la dépression qui se produit dans le système d-admissîon du moteur.
Le réservoir d'eau et la boite à vapeur sont tous deux isolés de l'atmosphère de manière étanche aux gaz et sont reliés 1?un à 1-'autre de façon telle que toute fuite dans le système, ou tout défaut de fermeture con- venable du réservoir d9eau, ne provoque aucun, ou, du moins, pratiquement aucun passage d9eau, du réservoir dans la boîte à vapeur. En fonctionnement normale le passage de l'eau du réservoir à la boîte à vapeur se produit de
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façon intermittente, c'est-à-dire dans les périodes de fonctionnement où la charge du moteur est réduite et où la diminution du rendement volumétrique du moteur, due à 1?introduction de vapeur d9eau dans le mélange de gaz, est de
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peu d-9importance.
La boite à vapeur est chauffée, de manière connue, par les gaz dséchappement chauds du moteur, par exemple, en disposant la boîte à vapeur en contact d'échange thermique avec le tuyau d'échappement du moteur. Dans une variante, le chauffage peut, si 1?on veut, être effectué également par des moyens de chauffage électrique. Il est à noter, toutefois, que le chauf-
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fage produit sous 1-'effet ds gaz d8échappement du moteur est avantageux, du fait que la production de vapeur varie alors, dans une certaine mesure, selon la charge du moteur, de telle sorte que la quantité de vapeur introduite croît en meme temps que la consommation de carburant du moteur.
Dans une forme de réalisation préféréela conduite reliant le réservoir d9eau à la boîte à vapeur débouche dans celle-ci un peu au-dessus du fond de la boite, et se prolonge, dans le réservoir d'eau, à travers un passage prévu, de préférence, dans le couvercle du réservoir, ou dans la sur- face de contact entre celui-ci et le corps du réservoir deau, pour aboutir
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à un tuyau d9aspiration descendant vers le fond du réservoir doeau.
Grâce à cet agencement, le débit de l'eau alimentant la boite à vapeur depuis le
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réservoir d9eaug se règle automatiquement pour que, normalement, le niveau de 1?eau dans la boite à vapeur s'ajuse sensiblement au niveau de 1-'orifice du conduit de liaison dans la boîte à vapeur, et qu9il ne puisse y avoir excès de remplissage de celle-ci.
Dans une forme de réalisation préférée de 1?invention, en parti-
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culier pour son application aux moteurs d-9automobiles, la partie de la conchi- te située dans le réservoir d'eau communique par un orifice étroit avec la zone du réservoir d'eau située au-dessus du niveau de l'eau que contient le. dit réservoir.
Du fait de Inexistence de ce petit orifice, la dépression se propage, par la conduite reliant la boîte à vapeur et le réservoir d'eau, non seulement au tuyau d9aspiration débouchant près du fond du réservoir d'eauw, mais aussi, à la zone du réservoir d'eau située au-dessus du niveau de l'eau à 19 intérieur du réservoir;
en conséquence, tant que le moteur tourne à char- ge constante et que, par suite, le vide dans le système d'admission est con- stant, ou sensiblement constant, il n'y a pas d'eau aspirée dans la boîte à vapeur, car un vide se produit graduellement au-dessus du niveau d'eau dans le réservoir et s'oppose à 1-'écoulement de leau par la tuyauterie d'aspira-
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tiono Si, d9autre part, la vitesse du moteur diminue notablement, ou de bau nière brusquece qui provoque une augmentation sensible de la dépression @
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dans le système d'admission du moteur,
la dépression dans le tuyau d'aspira- tion augmente par rapport à la dépression dans le petit orifice communiquant avec la zone dituée au-dessus du niveau d'eau dans le réservoir, et: par con- séquent, il se produit une aspiration d'eau du réservoir vers la boite à va- peur.
La quantité d'eau à introduire dans les cylindres d'un moteur à combustion interne pour empêcher l'accumulation de carbone sur les parois des cylindresles pistons et les bougies, varie, dans une certaine mesure, avec la nature du carburant et les caractéristiques du moteur. Ordinairement, dans un moteur fonctionnant à l'essence, une quantité de vapeur d'eau corres- pondant à une consommation de 1 litre d'eau pour 20 à 30 litres d'essence, suffit pour empêcher l'accumulation de carbone. Toutefois; une quantité de vapeur beaucoup plus grande, pouvant atteindre, par exemple, environ 35% en poids de la consommation d'essence, peut être introduite sans dommage pour le moteur ou sans irrégularité de son fonctionnement.
L'introduction de vapeur d'eau entraîne également une diminution de la consommation d'essence.
A titre nullement limitatif, on a décrit ci-après, en se réfé- rant au dessin annexé, un exemple de réalisation de l'invention. Dans ce dessin, la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un dispositif selon 1?invention; la figure 2 est une vue en coupe, selon la ligne II-II de la figure 1, à travers la boite à vapeur du dit dispositif ;
Dans cet exemple, la vapeur d'eau produite peut être aspirée de la partie supérieure 2 d'une boîte à vapeur 1 par une tubulure 3 reliée à une tubulure 7 prévue sur la tuyauterie d'admission 8 d'un moteur à combus- tion interne, par 1?intermédiaire d'une canalisation 20, de préférence fle- xibleo
Une partie 5 de la paroi latérale de la boîte à vapeur présente en coupe, une forme correspondant à la forme de la section transversale du tuyau d'échappement du moteurde manière que la dite partie de paroi puisse être montée tout contre le tuyau d'échappement (non représenté au dessin) et que'il soit ainsi possible d'assurer une transmission de chaleur efficace des gaz évacués par le tuyau d'échappement, à 1?eau contenue dans la botte à vapeur.
La botte à vapeur est munie, à une certaine distance au-dessus de son fond., d9une tubulure 4 pour 1?alimentation en eau provenant d'un ré- servoir 8. Celui-ci comporte un couvercle amovible 12 pouvant être vissé sur le réservoir 8 de manière à assurer une fermeture étanche aux gaz, grâce à une garniture 15.
Dans la surface de contact entre le couvercle 12 et le corps du réservoir d'eau est prévu un passage 13 communiquant avec un tuyau 10 descen- dant vers le fond du réservoir 8. Le passage 13 communique également, par un petit trou 11 de section sensiblement plus petite que celle du tuyau 10, avec 1?espace d'air 9 situé au-dessus du niveau de l'eau dans le réservoir 8; enfin, le passage 13 communique, par une tubulure 14 et une conduite 169 avec la tubulure d'alimentation de la boite à vapeur 2.
Quand le dispositif doit être utilisée le récipient 8 est rem- pli complètement, ou partiellement, avec de Peau et est ensuite fermé d'une manière étanche aux gaz, au moyen du couvercle 12. Le dispositif fonction- ne alors de la manière suivante
Peu de temps après la mise en marche du moteur, la vitesse de rotation du dit moteur décrolt généralement, ce qui provoque une forte dépres- sion dans la tuyauterie d'admission 6 et, par suite, une aspiration d9eau du réservoir 8, par le conduit 10 et le passage 13, vers la boîte à vapeur 1.
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De même, pendant la marche du moteur, il se produit un écoulement deau par suite de la dépression,quand s J1 établissent des conditions analogues. Du - : fait de la présence du trou 11, 1-'écoulement d'eau vers la boite à vapeur ne
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se produit que lorsqu?il y a diminution relativement rapide de la vitesse--d1- moteur9 o9estâdire, au moment des changements de vitesses, ou des freina- ges.
En général, 19 écoulement d'eau vers la botte à vapeur 1 ne se-- poursuit que jusqu'au moment où le niveau d9eau dans la boîte à vapeur, s'est
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élevé suffisamment pour obturer 1?onf$ce de la tubulure d1alimentation 4.-.--- Si, par suite d9une dépression particulièrement forte dans la boite à vapeur 1, Peau s élève jusqueà un niveau plus élevé une notable partie de cette eau est refoulée dans le réservoir d'eau quand la dépression rediminue, et ainsi, le niveau de Peau reprend une position correspondant approximative-
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ment à celui de la tubulure d?alimentation !e
Quand la tuyauterie d'échappement s'est échauffée, la production de vapeur d'eau et,
par suite° son introduction dans les cylindres commencent
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et, se poursuivent ensuite jusquaà ce que la botte à vapeur soit, ou bien vidée ou refroidie par suite de 1?arrêt du moteur.
La quantité de vapeur d'eau à introduire dans les cylindres du
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moteur, peut être réglée en d!i#ionnant convenablement la surface de cha1:t'"'t'e de la boite à vapeur., le volume de celle-ci situé en dessous de la tubulure d-9alimentation 4, enfin, la longueur et la section des conduits l6 et 10.
En cas de fuites., par exemple dans le dispositif de fermeture du réservoir d'eau, le trou 11 empêche l'eau de s'écouler vers la boite à vapeur 1 par siphonage, même si le réservoir d'eau 8 est situé à un niveau plus élevé que la boite à vapeur 1.
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METHOD AND DEVICE FOR INTRODUCING WATER VAPOR INTO THE GAS MIXTURE
SUCKS INTO AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE.
It is known, in the operation of internal combustion engines, in particular automobile engines, to introduce water vapor into the air or into the mixture of air and fuel sucked into the engine. As is known, water vapor introduced in this way produces a beneficial effect, by eliminating, or reducing., Carbon deposits on the walls of cylinders, pistons and spark plugs, which decreases the wear of the pistons or piston rings, as well as ignition difficulties and the tendency for the gas mixture to self-ignite, in cases where such self-ignition is undesirable.
The known methods and devices for carrying out the above-mentioned operation have the drawback of being either too complicated or of not being designed taking sufficient account of what if, for any reason for example operation error, the device breaks down, there must be no risk of gas, non-evaporated water or excess steam being introduced into the mixture and that, likewise, the suction of air unsuitable for combustion is impossible. It is for these reasons that the principle of introducing water vapor into the cylinders of internal combustion engines has not been adopted in practice on a large scale.
It has already been proposed to cause water to flow, under the influence of gravity, from a water tank to a steam boot heated by the exhaust gases of the engine, the steam being sucked in, steam bolte in the engine intake system. The water reservoir is provided with an orifice which is closed off in a gas-tight manner by a removable cover, so that water can be poured into the receptacle after removal of said cover.
In operation, the cover must form a completely gas-tight seal, otherwise water could flow under the influence of its own weight in an uncontrollable quantity into the container.
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vapor communicating with the engine intake system, resulting in vapor or partially unvaporized water--
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could be sucked into the engine in such a large quantity that it would create permanent or at least temporary operating difficulties.
A device of this type is therefore not suitable for use, for example, on
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The present invention relates to a new method of introducing water vapor into the mixture sucked into an internal combustion engine.
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dull, in particular, an automobile engine, a process which ensures this introduction in a more perfect manner than what could be achieved here, so that, even in the event of failure of the device or of an incorrect operation, it does not This results in no risk of damage to the engine. According to 19invéntfon, - Water is sucked from the water tank to the steam box under 1? dfjt>%, from the vacuum which occurs in the intake system of the engine.
The water tank and the steam box are both isolated from the atmosphere in a gas-tight manner and are connected one to the other in such a way that any leakage in the system, or any failure to shut off con - available from the water tank, causes no, or at least virtually no passage of water, from the tank to the steam box. In normal operation, the water from the tank to the steam box passes from
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intermittently, i.e. in periods of operation when the engine load is reduced and the decrease in volumetric efficiency of the engine, due to the introduction of water vapor into the gas mixture, is
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of little importance.
The steam box is heated, in known manner, by the hot exhaust gases from the engine, for example, by placing the steam box in heat exchange contact with the engine exhaust pipe. Alternatively, the heating can, if desired, also be effected by electric heating means. It should be noted, however, that the heater
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The load produced under the effect of the exhaust gas from the engine is advantageous, since the production of steam then varies to some extent according to the load on the engine, so that the quantity of steam introduced increases with the same the fuel consumption of the engine.
In a preferred embodiment, the pipe connecting the water tank to the steam box opens into the latter a little above the bottom of the box, and extends into the water tank, through a passage provided, from preferably, in the cover of the tank, or in the contact surface between the latter and the body of the water tank, to end
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to a suction pipe going down to the bottom of the water tank.
Thanks to this arrangement, the flow of water supplying the steam box from the
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water tank is automatically adjusted so that, normally, the water level in the steam box adjusts substantially to the level of the connection pipe port in the steam box, and that there can be no excess. filling it.
In a preferred embodiment of the invention, in particular
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particularly for its application to automobile engines, the part of the conch located in the water tank communicates by a narrow orifice with the area of the water tank located above the level of the water contained in the water tank. . said tank.
Due to the absence of this small orifice, the vacuum spreads, through the pipe connecting the steam box and the water tank, not only to the suction pipe opening near the bottom of the water tank, but also to the area. of the water tank located above the water level inside the tank;
therefore, as long as the engine is running at constant load and therefore the vacuum in the intake system is constant, or substantially constant, there is no water sucked into the gearbox. vapor, as a vacuum gradually arises above the water level in the tank and opposes the flow of water through the suction piping.
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If, on the other hand, the engine speed decreases significantly, or suddenly decreases, which causes a noticeable increase in vacuum @
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in the engine intake system,
the negative pressure in the suction pipe increases in relation to the negative pressure in the small orifice communicating with the zone situated above the water level in the tank, and: consequently, there is a suction of water from the tank to the steam box.
The amount of water to be introduced into the cylinders of an internal combustion engine to prevent carbon build-up on the cylinder walls, pistons and spark plugs, varies to some extent with the nature of the fuel and the characteristics of the fuel. engine. Usually, in an engine running on gasoline, an amount of water vapor corresponding to a consumption of 1 liter of water per 20 to 30 liters of gasoline is sufficient to prevent carbon build-up. However; a much larger quantity of steam, up to, for example, about 35% by weight of the gasoline consumption, can be introduced without damage to the engine or without irregularity in its operation.
The introduction of water vapor also leads to a decrease in gasoline consumption.
In no way limiting, there is described below, with reference to the appended drawing, an embodiment of the invention. In this drawing, Figure 1 is a vertical sectional view of a device according to the invention; Figure 2 is a sectional view, along line II-II of Figure 1, through the steam box of said device;
In this example, the produced water vapor can be sucked from the upper part 2 of a steam box 1 by a pipe 3 connected to a pipe 7 provided on the intake pipe 8 of a combustion engine. internal, through a pipe 20, preferably flexibleo
A part 5 of the side wall of the steam box has in section a shape corresponding to the shape of the cross section of the engine exhaust pipe so that said wall part can be mounted close to the exhaust pipe (not shown in the drawing) and that it is thus possible to ensure effective heat transmission from the gases discharged through the exhaust pipe to the water contained in the steam boot.
The steam boot is provided, at a certain distance above its bottom, with a pipe 4 for the supply of water from a tank 8. This has a removable cover 12 which can be screwed onto the tank. tank 8 so as to ensure a gas-tight seal, thanks to a gasket 15.
In the contact surface between the cover 12 and the body of the water tank, there is provided a passage 13 communicating with a pipe 10 descending towards the bottom of the tank 8. The passage 13 also communicates, via a small hole 11 of cross section. substantially smaller than that of pipe 10, with the air space 9 located above the water level in the tank 8; finally, the passage 13 communicates, by a pipe 14 and a pipe 169 with the supply pipe of the steam box 2.
When the device is to be used the container 8 is filled completely, or partially, with water and is then closed in a gas-tight manner, by means of the cover 12. The device then operates as follows.
Shortly after starting the engine, the speed of rotation of said engine generally decreases, which causes a strong depression in the intake pipe 6 and, consequently, a suction of water from the tank 8, by the pump. duct 10 and passage 13, towards the steam box 1.
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Likewise, while the engine is running, there is a flow of water as a result of the vacuum when similar conditions are established. Du -: due to the presence of hole 11, 1-water flow towards the steam box does not
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occurs only when there is a relatively rapid decrease in speed - d1- engine9 o9estâdire, at the time of gear changes, or braking.
Usually, water flow to steam boot 1 will only continue until the water level in the steam box has reached.
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high enough to plug 1 ounce of the supply pipe 4.-.--- If, as a result of a particularly strong depression in the steam box 1, the water rises to a higher level a significant part of this water is back into the water tank when the vacuum decreases, and thus, the water level returns to an approximate corresponding position.
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to that of the supply tubing! e
When the exhaust piping has heated up, the production of water vapor and,
consequently ° its introduction into the cylinders begins
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and, then continue until the steam boot is either emptied or cooled as a result of stopping the engine.
The quantity of water vapor to be introduced into the cylinders of the
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engine, can be adjusted by suitably adjusting the heating surface: t '"' t'e of the steam box., the volume of the latter located below the supply pipe 4, finally, the length and section of conduits 16 and 10.
In the event of leaks., For example in the device for closing the water tank, the hole 11 prevents water from flowing to the steam box 1 by siphoning, even if the water tank 8 is located at a higher level than the steam box 1.