Appareil permettant d'associer la thermolyse et la préoxydation catalytique d'hydrocarbures avec Falimentation directe des moteurs<B>à</B> explosion par les produits de cette transformation. Des procédés ainsi que certains dispo.qitifs pour effectuer la transformation catalytique des hydrocarbures et l'alimentation directe (les moteurs<B>à</B> explosion par les produ.iis de cette transformation ont, été précédemment l'objet de travaux de la Société des Brevets Catalex.
Ces dispositifs consistent en un carbura teur divisant l'air de combustion en deux fractions dont l'une (air primaire ou air ehi- inique) intimement mélangée au liquide car burant, circule au contact des parois chauf fées d'un catalyseur, s'y transforme et se mé- lanue ensuite<B>à.</B> la deuxième fraction (air se condaire) de l'air comburant pour constituer le mélange explosif.
Un émulsionneur sert<B>à</B> l'introduction du combustible mélangé<B>à</B> l'air primaire. Cette faible fraction de l'air total véhicule tout le combustible<B>à</B> travers le transformateur cata lytique où il est divisé en minces filets rece- vant des gaz d'échappement une partie<B>de</B> la quantité de calories nécessaire aux tr#ansfor- mations correspondant<B>-à</B> chaque régime du moteur. Le brouillard très divisé vient frap per la surface chauffée du métal catalytique.
C'est<B>à</B> ce moment que se déroulent les phéno mènes essentiels: ébranlement de l'édifice mo léculaire, oxydation -du carbone de cracking qui tendrait<B>à</B> se déposer, préoxydation des molécules simplifiées par suite de leur pyro génation partielle.
Les produits ainsi obtenus, constituant le mélange primaire, sont alors mélangés intime ment a-Li moyen d'un carburateur<B>à</B> gaz ap proprié (mélangeur)<B>à</B> l'air secondaire. On in troduit de la sorte, dans les cylindres du mo teur, un mélange homogène de gaz fixes, de vapeur d'eau et de gouttelettes extrêmement fines de carburant préoxydé. Ce mélange est de beaucoup supérieur aux brouillards hété rogènes produits par les carburateurs physi- ques actuels et n'exige, pour la combustion, qu'une quantité d'air limitée<B>-à</B> celle qui est théoriquement nécessaire<B>à</B> la combustion, ce qui permet d'obtenir des diagrammes mieux nourris, c'est-à-dire des pressions moyennes élevées avec de faibles consommations spéci fiques.
En outre sont évités les inconvénients dus aux imperfections de la carburation<B>phy-</B> sique actuelle, se traduisant pratiquement par: répartition inégale du travail aux cylin dres, effets mécaniques nuisibles, tels que la détonation, exagération de la consommation en combustible, perte de puissance, encrasse ment des cylindres et dilution de l'huile de graissage.
Les études de Berl, Callendar, Aufhâuser et autres chercheurs sur les phénomènes de la combustion dans les moteurs ont démontré que les mélanges combustibles formés d'air et de vapeurs ou gouttelettes de carburant ne se transforment pas directement en gaz carbo nique et vapeur d'eau (produits finals de la combustion), mais qu'ils passent par une sé- ried'états chimiques intermédiaires résultant de thermolyses et d'oxydations successives tels qu'hydrocarbures non saturés, aldéhydes, cétones, acides organiques et enfin hydrogène et oxyde de carbone.
Certaines de ces transformations s'inscri vent au bilan général comme endothermiques et sont, par suite, récupératrices d'énergie. Fautre part, les produits de préoxydation fa cilitent l'inflammation servant en quelque sorte d'amorce<B>à</B> la combustion rapide de la cylindrée.
La présente invention a pour objet un ap pareil permettant d'associer la thermolyse et la préoxydation eatalytique d'hydrocarbures avec l'alimentation directe des moteurs<B>à</B> ex plosion par les produits de cette transforma tion, dans lequel l'hydrocarbure provenant d'une cuve<B>à</B> niveau constant est mélangé<B>à</B> l'air primaire dans un pulvérisateur qui pro jette le mélange ainsi formé, sous forme de brouillard,<B>à</B> l'intérieur d'une chambre de ca talyse chauffée par les gaz déchappement du moteur, après quoi les gaz carburants sortant de cette chambre sont mélangés<B>à</B> l'air se condaire dans un mélangeur pour être ensuite admis dans le moteur.
L'appareil selon l'invention est caractérisé par le fait que l'émulsion d'hydrocarbure et d'air primaire est projetée par le pulvérisa teur sous forme d'un jet épanoui en forme de cône dont l'axe coïncide pratiquement avec celui de la chambre de catalyse, cette dernière ayant la forme d'un corps creux, de révolu tion, dont la surface intérieure au moins est en un alliage catalytique peu sensible au sou fre, cette chambre étant chauffée, d'une ma nière réglable, par les gaz d'échappement pas sant dans une double paroi entourant la chambre de catalyse.
Le dessin annexé représente,<B>à</B> titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'appareil selon l'invention.
La fig. <B>1</B> montre, en coupe partielle, une première forme d'exécution de l'appareil; La fig. 2 représente le robinet<B>à</B> quatre voies de la fig. <B>1</B> dans une position différente; La fig. <B>3</B> est une coupe par<B>3-3</B> de la fig. 1; La fig. 4 est une coupe analogue<B>à</B> la fig. <B>3,</B> le volet thermorégulateur occupant une position intermédiaire;
Les fig. <B>5, 6</B> et<B>7</B> représentent, en coupe axiale, trois variantes d'exécution de l'Amul- sionneur; La fig. <B>8</B> est une coupe longitudinale, par l'axe du catalyseur, d'un fragment d'une se conde forme d'exécution de l'appareil-; La fig. <B>9</B> en est une coupe transversale, par<B>9-9</B> de la fig. <B>8.</B>
Le carburant destiné<B>à</B> alimenter le mo teur dont les collecteurs d'admission et<B>d'é-</B> chappement sont indiqués respectivement en <B>1</B> et<B>9,</B> entre par la tubulure<B>3</B> dans une culTe <B>à</B> niveau constant 4. Lorsque le robinet<B>à,</B> qua tre voies<B>5</B> occupe la position représentée<B>à</B> la fig. 2, l'huile lourde quittant la cuve 4 se rend #à l'émulsionner par la tubulure<B>6:</B> celle- ci se termine par une cosse<B>7</B> et l'huile s'in troduit dans l'espace annulaire ménagé entre l'aicilille 12 et son logement;
cette aiguille t, zq#m-,#orte une tête, tronconique<B>13</B> autour de laquelle arrive l'air primaire qui pénètre par les trous 14. L'air et l'huile lourde sortent par l'émulsionneur qui présente cette part,-cu- larité de donner lieu<B>à</B> une émulsion en nappe conique étalée, ceci étant, par exemple, réalisé par la conicité des bords de la fente circulaire <B>15</B> de pulvérisation. L'axe de ce cône coïn cide pratiquement avec celui de la chambre de catalyse. Cette dernière a la forme gêné- rale d'un corps de révolution.
Le catalyseur est réalisé sous forme d'une enveloppe en métal catalytique disposée au tour de l'axe du pulvérisateur et portant,<B>à</B> sa paroi interne (bien que ce ne soit pas indis pensable), des ailettes ou aspérités destinées<B>à</B> aucmenter la surface de contact entre le mê- tal et l'émulsion<B>à</B> transformer chimiquement.
Cette' enveloppe en métal catalytique est un alliage de cuivre et d'un métal peu sensi ble au soufre et dont les oxydes sont diffici lement réductibles, tel que le chrome, l'alu minium et le vanadium.<B>A</B> cet alliage est ajoutée une petite quantité de fer pour en aucmenter la résistance.
Toute la chaleur reçue des gaz d'échappe ment est transmise par la surface développée du catalyseur au brouillard de carburant et d'air primaire, permettant ainsi aux réactions de thermolyse et de préoxydation décrites ci- dessus de s'accomplir.
Le chauffage du catalyseur a lieu comme suit: La paroi<B>17</B> de la chambre formée par l'enveloppe en métal catalytique présentant les ailettes<B>16</B> est munie extérieurement d'ai lettes<B>18</B> autour desquelles circule tout ou partie des gaz d'échappement du moteur.<B>A</B> cet effet (fig. <B>3</B> et 4), il est prévu deuns le col lecteur d'échappement 2 un volet ou obtura teur<B>19</B> actionné par la tringle 24 reliée<B>à</B> l'axe de commande<B>25</B> du papillon des gaz<B>26</B> et agissant sur l'axe<B>27</B> du volet<B>19.</B>
Ce volet permet lors de la marche en charge (fig. 4) de dériver par les fentes 20, <B>9-1</B> tout ou partie des gaz d'échappement dans les canaux 22 formant double enveloppe au tour du catalyseur et agissant accessoirement comme calorifuge de ce dernier. Dans les po sitions correspondant au ralenti et<B>à</B> la mar- clieâ vide, la totalité des gaz d'échappement sert au chauffage du catalyseur, le volet<B>19</B> occupant la position de la fig. <B>3.</B> Les gaz en trent alors par<B>23</B> et doivent passer sur les ai lettes<B>18</B> pour se rendre<B>à</B> la tubulure d'échap pement 28.
Les produits sortant de la chambre cata lytique et constituant le mélange primaire sont dirigés par le canal 29 dans î la buse cen- trale <B>30</B> du mélangeur où le moteur crée une dépression qui est réglée par le papillon<B>'26.</B> L'air secondaire nécessaire<B>à</B> la combustion est amené au mélangeur, d'une part, par le conduit<B>31</B> qui, au départ, est fermé, par un papillon<B>32</B> et, d'autre part,
par une soupape automatique d'air additionnel<B>33</B> tarée par un ressort 34 dont on peut éventuellement ré 'gler la tension<B>à</B> l'aide de la came<B>35;</B> les oscilla tions sont amorties au moyen d'un dash- pot <B>36.</B>
Dans le but de faciliter les départs du moteur, le mélangeur est équipé de façon<B>à</B> fonctionner indépendamment comme carbura teur physique<B>à</B> essence dont<B>37</B> est la cuve<B>à</B> niveau constant, et qui comporte un gicleur <B>37';</B> l'essence arrivant par le tuyau<B>38</B> lorsque le robinetÙ, quatre voies<B>5</B> occupe la position qui est indiquée<B>à</B> la fig. <B>1.</B> De<B>là.</B> l'essence se rend par le conduit<B>39 à</B> la buse<B>30.</B>
Le robinet<B>à,</B> quatre voies<B>5</B> placé en amont de la cuve<B>à,</B> essence et en aval de la cuve<B>à</B> huile lourde permet de passer instan tanément de la, marche<B>à,</B> l'essence<B>à</B> la mar che<B>à</B> l'huile lourde ou inversement. La dis position du gicleur<B>37' â</B> la. partie inf#érieure de la cuve<B>à</B> essence<B>37</B> est telle que celle-ci reste -vide pendant le fonctionnement, de l'huile lourde.<B>37</B> fonctionne donc comme cuve <B>à</B> niveau constant seulement lors de la mar- clie <B>à</B> l'essence. On évite ainsi tout dano-er d'incendie.
La capacité de la cuve<B>à,</B> essence est calcu lée de manière<B>à,</B> subvenir<B>à,</B> la marche du mo teur pendant le temps nécessaire<B>à</B> l'émulsion d'air primaire et d'huile lourde pour traver- ser le catalyseur, s'y transformer et arriver au mélangeur.
L'émulsionneur que montre la fig. <B>à</B> com prend une pièce mâle 41, dont une bride 42 est ajustée dans une pièce femelle 43 et s'ap plique contre un épaulement ménagéi dans cette dernière.
La, pièce femelle 43 comporte une cavité intérieure 49 qui joue le rôle de chambre d'émulsion. La pièce mâle 41 présente une tête composée d'une partie cylindrique 45 de, diamètre Di <B>à</B> laquelle fait suite une partie cylindrique 46 de diamètre D3 inférieur <B>à</B> Di.
Un canal 47 est ménagé dans la pièce 41, et un trou 48; le met en communication avec l'espace 49 -de la, cavité précitée, espace compris entre la partie 46 de la pièce mâle 41 et la pièce femelle 43. Par ce canal arrive de la cuve<B>à</B> niveau constant (4 sur la fig. <B>1),</B> l'hydrocarbure qui doit être transformé cata- lytiquement.
Enfin,<B>à</B> la partie cylindrique 46 fait suite un champignon<B>50,</B> faisant corps avec elle ou rapporté et qui, en évasant le brouillard formé par l'émulsionneur, permet d'utiliser plus au moins du volume et de la surface du catalyseur.<B>De,</B> préférence, le diamètre D4<B>de</B> ce champignon est égal au plus au diamètre de la cavité 49.
Grâce<B>à</B> cette disposition, Fémulsionneur projette l'émulsion d'hydrocarbure et d'air primaire sous forme -dun jet épanoui en forme de cône dont l'axe coïncide pratique ment avec celui de la, chambre de catalyse.
La fig. <B>6</B> représente une disposition ana logue dans laquelle la pièce mâle comprend trois. parties cylindriques de diamètres res pectifs D'i, D'2 et DS. Cette pièce mâle peut également se terminer par un champignon <B>5,1</B> de diamètre D"4 (fig. <B>7).</B>
Cette disposition est surtout intéressante dans le cas de l'appareillage décrit plus haut en regard des fig. <B>1 à</B> 4, en ce sens qu'elle permet de régler sur chaque type de moteur l'évasement du cône pour que le' volume et <B>la,</B> surface utiles soient ceux qui permettent d'arrêter les réactions<B>à</B> un certain stade de leur évolution pour les plus grands débits et de les pousser au contraire jusqu'à un stade plus avancé pour les plus faibles débits.
La disposition des fig. <B>6</B> et<B>7</B> est avanta geuse aussi par la création de tourbillons dans lachambre de mélange 49.
Les réactions de préoxyda-tion qui cou- courent au réchauffage du mélange en même temps qu <B>1 à</B> sa transformation chimique sont évidemment d'autant plus intenses que la quantité d'air admise avec le carburant sur le catalyseur est plus grande. Ce dispositif offre le moyen de compenser et a-ut delà le défaut d'éneroîe calorifique cédée par les gaz d'é- chappèment aux faibles remplissages (max- ches aux faibles charges et<B>à</B> vide).
C'est ainsi, par exemple, qu'il permet d'admettre aux cylindres un mélange dair et gasoil transformé,<B>à</B> la température de<B>80'</B> <B>à</B> pleine charge et iù, <B><I>110</I> '</B> en marche<B>à</B> vide, sans aucune intervention mécanique (volet dans Ffécha-vpemeni, chauffage de l'air, etc.).
Par -un choix approprié (le la. forme et des dimensions de la pièce centrale ou pièce mâle de l'émulsionneur, on peut: <B>10</B> Augmenter ou diminuer la quantité d'air primaire<B>à,</B> tous les régimes.
2'o Augmenter ou diminuer, par l'évase ment du cône que forme l'émulsion sortant de l'appareil décrit, l'utilisation du volume et de la surface active du catalyseur.
Au point de vue pratique, ceci permet de compenser les différences de chauffage dués aux gaz d'échappement quand les régimes va rient et également de compenser les écarts de température dus<B>à,</B> l'ambiance.
Dans l'appareil que représente la fig. <B>8,</B> on retrouve le catalyseur<B>52</B> réalisé, comme indiqué plus haut, sous la forme d'une enve loppe en métal catalytique partant, sur sa pa roi interne, des ailettes ou aspérités 53 desti nées<B>à</B> augmenter la surface de contact entre le métal et l'émulsion<B>à.</B> transformer chimi quement.
Comme dans la première forme d'exécu tion, la chambre de catalyse a la forme<B>gé-</B> nérale<B>d'un</B> corps creux de révolution et son ï#,Xç#, -pratiquement avec celui<B>du</B> jet épanoui en forme de cône projeté par l'émul- sionneur. En outre, comme dans le premier cas également, la surface intérieure au moins de la chambre de catalyse est en un alliage catalytique peu sensible au soufre.
Cette enveloppe est en outre munie exté rieurement d'ailettes 54. Elle est placée dans une boîte<B>55</B> dont la forme se voit plus clai rement sur la coupe de la fig. <B>9</B> et qui s'é tend sur toute la longueur du moteur. Il est donc possible de disposer un catalyseur beau coup plus long dans l'appareil ainsi consti <B>tué.</B>
Les gaz d'échappement sont introduits dans cet appareil par des tubulures<B>56</B> dont <B>la</B> disposition est telle que le fluide arrive tangentiellement<B>à</B> la surface<B>52</B> du cataly seur. Chaque tubulure<B>56</B> se raccorde, par une, cloison<B>57,</B> aux parois de la boîte<B>55</B> et cela de manière<B>à.</B> obliger les gaz<B>à</B> emprunter un trajet en volute comme il est indiqué par les flèches. On voit ainsi que l'espace<B>58,</B> par couru par le fluide après qu'il<B>a cédé</B> une par tie de sa chaleur au catalyseur, constitue une gaine isolante.
Les gaz d'échappement sont évacués par la tubulure<B>59</B> munie d'un papillon de ré glage<B>60;</B> celui-ci permet de régler éventuel lement l'intensité du chauffage soit qu'il oc- eupe une position fixe déterminée<B>à</B> l'avance, soit qu'on lui donne diverses positions anigu- laires suivant le travail demandé au moteur.
L'émulsionneur décrit en regard des fig. <B>5 à, 7</B> se place en<B>61.</B>
Après avoir subi, en présence du cata lyseur, une transformation thermo-ellimique, le mélange qui doit alimenter le moteur dont les tubulures d'échappement ont été désignées par<B>5,6</B> est dirigé par un laxge, conduit<B>62,</B> dans une bo4te de détente<B>63;</B> le conduit<B>62,</B> se termine par une crépine 64. Il joue en par ticulier le rôle de refroidisseur et le refroidis sement produit, combinle avec la détente lors que le gaz sort de la. crépine, détermine un ef fet de condensation en même temps qu'une prolongation des réactions d'oxydation et des transformations chimiques dans<B>la</B> boîte de détente.
En outre, cette dernière permet de tenir compte de l'augmentation de volume résultant de la. transformation thernio- chimique qui a lieu avec accroissement dii nombre de molécules.