FR2499806A1 - Transducteur ultrasonique - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN TRANSDUCTEUR ULTRASONIQUE. CE TRANSDUCTEUR ULTRASONIQUE 10 DESTINE A ETRE UTILISE DANS UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE 14 COMPORTANT UN CARBURATEUR 16 RELIE A UN COLLECTEUR D'ADMISSION 12 EN VUE DE VAPORISER LE CARBURANT, EN ETANT DISPOSE AU POINT CHAUD DU COLLECTEUR, COMPORTE UN CRISTAL 42 POUVANT VIBRER A UNE FREQUENCE ELEVEE DE L'ORDRE D'AU MOINS 1000000HZ ET UN RESONNATEUR 40 ACCORDE SUR LA FREQUENCE DU CRISTAL ET RELIE A CE DERNIER, LE RESONATEUR40 POSSEDANT UNE SURFACE ACTIVE POUVANT ETRE CONTACTEE PAR LE CARBURANT AFIN DE VAPORISER CE DERNIER POUR FORMER UN MEILLEUR MELANGE AVEC L'AIR PROVENANT DU CARBURATEUR 16. APPLICATION NOTAMMENT A L'AMELIORATION DES PERFORMANCES D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE EN ASSOCIATION AVEC DES ECONOMIES DE CARBURANT.

Description

La présente invention concerne un transducteur ultrasonique destiné à être

utilisé au point chaud à l'intérieur du collecteur d'un moteur à combustion interne, pour vaporiser finement le carburant et accroître le rendement du moteur, en particulier lors du démarrage par temps froid, et l'accélération du moteur à combustion interne. En réalisant un démarrage rapide par temps froid, en supprimant le temps de

montée en température par temps froid et en permettant un fonction-

nement du moteur avec des mélanges carburant-air plus pauvres,

il est possible d'abaisser la consommation d'essence.

L'art antérieur décrit bon nombre de tentatives dif-

férentes visant à améliorer la carburation en vue d'améliorer le fonctionnement du moteur. Le brevet déposé aux Etats-Unis d'Amérique sous le No 1 939 302 décrit un appareil de carburation utilisant un cristal situé au-dessous d'un volume d'essence de manière à faciliter la vaporisation de ce dernier dans un jet d'air et un cristal; auquel sont fixées des aiguilles, en aval du premier cristal de manière à faciliter la fragmentation de gouttelettes de taille assez

importante dans le mélange carburant-air.

Le brevet déposé aux Etats-Unis d'Amérique sous le

No 2 414 494 suggère de placer un disque vi-

brant à l'intérieur d'un cylindre d'un moteur diesel en vue de pulvériser le carburant envoyé dans le cylindre. Dans une autre forme de réalisation, ce brevet suggère de placer un disque vibrant dans le collecteur d'un moteur à essence, à proximité

de l'orifice d'admission de chacun des cylindres.

Le brevet déposé aux Etats-Unis d'Amérique sous le No 2 454 900 décrit un dispositif oscillant supporté par un étrier en vue de soumettre à des vibrations

le mélange carburant-air.

Le brevet déposé aux Etats-Unis d'Amérique sous le No 2 704 535 décrit un dispositif destiné à améliorer la carburation dans un moteur à combustion

interne et qui comporte un émetteur annulaire d'ondes superso-

niques, disposé dans un conduit communiquant avec le collec-

teur d'un moteur à combustion interne de manière à mieux

gazéifier le carburant envoyé au collecteur.

Le brevet déposé aux Etats-Unis d'Amérique sous le NO 2 769 698 concerne un mélangeur de

carburant du type en forme de panier apte à mettre en tur-

bulence le mélange de carburant lorsqu'il pénètre dans un moteur à combustion interne, Le brevet déposé aux Etats-Unis d'Amérique sous le NO 2 791 990 - concerne un appareil de mélange ultrasonique pour un moteur à combustion interne, dans lequel des conditions d'écoulement laminaire prévalent,

de sorte que la charge de carburant sous forme de gaz tra-

verse doucement ce système et pénètre dans les cylindres, avec une chute de pression minimum dans le système. Ce brevet

prévoit l'utilisatiôn d'un élément transducteur rectangu-

laire creux qui est poreuxde sorte que le carburant peut

être introduit dans le jet d'air traversant l'élément trans-

ducteur lui-même.

Le brevet déposé aux Etats-Unis d'Amérique sous

le NO 2 791 994 décrit un appareil de mé-

lange ultrasonique comportant deux transducteurs annulaires

montés en série dans un conduit.

Le brevet déposé aux Etats-Unis d'Amérique sous le N0 3 735 744 suggère de placer un dispositif de mélange de carburant dans le collecteur d'un moteur à combustion interne. Ce dispositif de mélange de carburant comporte plusieurs organes sinueux montés à proximité les

uns des autres et qui définissent plusieurs passages torsa-

dés s'étendant dans leur ensemble axialement et communiquant

entre eux latéralement.

Le brevet déposé aux Etats-Unis d'Amérique sous le NO 3 433 461 décrit un organe générateur piézo-électrique comportant un cristal fixé à un organe de montage, chacun desdits organes possédant une épaisseur égale sensiblement à la demi-longueur d'onde de la fréquence de résonance en épaisseur, Le brevet déposé aux Etats-rUnis d'Amérique sous le

NO 3 533 606 montre un système de carbura-

teur ultrasonique utilisant un système à jet d'admission de carburant relativement étendu pour l'alimentation en carburant. Le brevet déposé aux Etats-Unis d'Amérique sous

le Ne 3 544 290 décrit un atomiseur de car-

burant qui comporte un écran filtrant situé en amont d'une structure vibrante, réalisé sous la forme d'un résonateur à ailettes ou d'un résonateur à hélice, situé dans le trajet

du mélange carburant-air de manière à faciliter l'atomisa-

tion du carburant traversant le conduit dans lequel l'écran

filtrant et le résonateur sont disposés.

Le brevet déposé aux Etats-Unis d'Amérique sous

le No 3 955 545 décrit un atomiseur ultra-

sonique de carburant pouvant être inséré entreun carburateur

classique et le collecteur d'admission d'un moteur à combus-

tion interne. L'atomiseur comporte un disque fixé à un dispo-

sitif d'excitation qui fait vibrer le disque à la fréquence

de résonance de l'ensemble du système. Le disque et le dispo-

sitif d'excitation sont logés dans une chambre et le disque est disposé latéralement par rapport à l'écoulement d'air

provenant du carburateur.

Le brevet déposé aux Etats-Unis d'Amérique sous le No 3 977 383 est relatif à un diaphragme disposé en vis-à-vis d'une entrée de l'évent d'un collecteur

d'admission et des moyens pour appliquer une tension électri-

que alternative à haute fréquence des deux côtés du diaphragme

de manière à provoquer des vibrations mécaniques dans ce der-

nier. Le brevet déposé aux Etats-Unis d'Amérique sous le

No 4 038 348 suggère d'utiliser un trans-

ducteur cylindrique au-dessous d'un carburateur dans un moteur

à combustion interne.

Le brevet déposé aux Etats-Unis d'Amérique sous le

No 4 105 004 décrit un transducteur cylindri-

que qui peut coopérer avec un injecteur pour atomiser le carbu-

rant évacué de l'injecteur contre une paroi périphérique du transducteur, Un dispositif de commande règle la Cuartita

de carburant qui est injectée à travers l'injecteur en répon-

se aux conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne, Le brevet déposé aux Etats-Unis d'Amérique sous le

N 4 106 459 décrit un carburateur u com-

porte un transducteur cylindrique et un injecteur coopérant

avec ce dernier.

Le brevet déposé aux Etats-Unis d'Amérique sous le N 4 176 634 décrit un système d' Je.. I de carburant comportant un injecteur vibrant de carburant et une vanne papillon vibrante ou une vanne coulissante disposée de telle manière qu'elle reçoit le carburant provenant de

l'injecteur et met en outre en vibration le carburant de ma-

nière à lui faire subir une pulvérisation supplémentaire.

La société dite Volkswagen a fait des expériences avec un insert chauffant semblable à un "hérisson" monté dans

le collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne.

Cet insert est chauffé électriquement à aiie.em.éra..re par des éléments à coefficient de température positif. On ne suggère pas l'utilisation d'un transducteur ultrasonique

pour obtenir les avantages de la présente invention.

Certains de ces dispositifs de l'art antérieur né-

cessitent une modification du carburateur ou du moteur pour

permettre l'utilisation du dispositif de vaporisation. Cer-

tains dispositifs de l'art antérieur sont relativement com-

plexes et onéreux et sont inaptes à fournir un fonctionnement comme le permet la présente invention, dont l'objet n'est

suggéré par aucun de ces dispositifs de l'art anté-

rieur.

La présente invention est basée sur des essais vi-

sant à développer le système de carburret-apour des moteurs àG combustion interne, du type décrit dans le brevet déposé aux

Etats-Unis d'Amérique sous le N0 4 029 064.

:T- ?tiie _ la vaporisation est utilisé dans un dispositif beaucoup plus simple et moins onéreux, qui ne

nécessite aucune modification du carburateur ou du collec-

teur d'admission d'un moteur à combustion interne pour la mise en place du dispositif à l'intérieur du collecteur d'admission. La présente invention fournit un transducteur ultrasonique perfectionné dans lequel les inconvénients

et défauts des réalisations antérieures sont supprimés.

La présente invention fournit un transducteur ul-

trasonique perfectionné-apte à être mis en place

au point chaud dans le collecteur d'un moteur à combus-

tion interne afin d'améliorer le démarrage par temps froid

des moteurs à combustion interne et d'améliorer le fonction-

nement de ce dernier.

La présente invention fournit un transducteur ul-

trasonique apte à être inséré àu point chaud dans le collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne en vue de garantir un démarrage par temps froid du

moteur et d'éliminer tout arrêt du moteur lors de l'accélé-

ration du moteur froid en charge.

Un autre objet de la présente invention est de fournir un transducteur ultrasonique perfectionné apte à être inséré au-dessous du carburateur dans le collecteur d'un moteur de véhicule automobile afin d'améliorer le démarrage

et le fonctionnement du moteur, tel que par exemple un trans-

ducteur comportant un cristal pouvant fonctionner dans une gamme dépassant 1 000 000 Hz et un résonateur raccordé de

façon opérationnelle audit cristal pour être placé en vibra-

tion par ce dernier, ledit résonateur étant accordé sur la

fréquence du cristal.

Un autre objet de la présente invention est de fournir un transducteur ultrasonique perfectionné apte à être inséré entre le carburateur et les cylindres d'un moteur de véhicule automobile pour réaliser une vaporisation fine du carburant envoyé aux cylindres de manière à accroître la

puissance du moteur tout en économisant le carburant.

Un autre objet de la présente invention est de

fournir un transducteur ultrasoniaue perfectionné qui gazéi-

fie le carburant envoyé aux cylindres dans un moteur de

véhicule automobile pour former une vapeur très fine per-

mettant d'obtenir une combustion plus complète du carbu-

rant de manière que le moteur fournisse une puissance ac, crue avec une moins grande quantité de carburant, tout en réduisant les émissions d'oxyde de carbone et d'hydro-

carbures du moteur.

Un autre objet de la présente invention est de

fournir un transducteur ultrasonique perfectionné possé-

dant une construction simple, qui soit relativement bon rmar-

ché, puisse être aisément monté dans un collecteur d'admis-

sion d'un moteur sans modification dudit collecteur, et qui fonctionne en vaporisant finement le carburant envoyé aux cylindres du moteur de manière à accroître les performances

de ce dernier.

D'autres objets et avantages de l'invention ressor-

tiront de la description donnée ci-après.

A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illus-

tré schématiquement aux dessins annexés des formes de réali-

sation préférées de la présente invention: sur ces dessins, des chiffres de référence identiques se rapportent à des éléments identiques sur les différentes figures, sur lesquelles: - la figure 1 représente schématiquement un moteur à combustion interne comportant le transducteur ultrasonique conforme à l'invention, disposé entre le carburateur et le collecteur d'admission, et inclut également un schéma électrique simplifié du transducteur ultrasonique; - la figure 2 est une vue en coupe à plus grande échelle du transducteur ultrasonique au niveau du

point chaud du collecteur d'admission d'un moteur à combus-

tion interne; - la figure 3 est une vue en plan du transducteur ultrasonique de la figure 2;

- la figure 4 est une vue en perspective d'une va-

riante du transducteur ultrasonique;

- la figure 5 est une vue en perspective de la ron-

delle ondulée utilisée dans la variante de la figure 4; - la figure 6 est une vue en coupe transversale d'un autre transducteur ultrasonique, prise d'une manière générale suivant la ligne 6-6 de la figure 7;

- la figure 7 est une vue en plan du transduc-

teur ultrasonique de la figure 6 - la figure 8 est une vue en coupe transversale d'une autre forme de réalisation du transducteur ultrasonique, prise d'une manière générale suivant la ligne 8-8 de la figure 9; et

- la figure 9 est une vue en plan du transduc-

teur ultrasonique de la figure 8.

Sur la figure 1'on a représenté une forme de réali-

sation actuellement préférée de la présente invention, dans

laquelle un transducteur ultrasonique 10 est disposé à l'in-

térieur du collecteur d'admission 12 d'un moteur à combustion interne 14. Le moteur 14 comporte le carburateur usuel 16 et le filtre à air 18 disposé au-dessus du carburateur 16. Le

transducteur ultrasonique 10 est monté à l'intérieur du collec-

teur d'admission 12 au-dessous du corps cylindrique du carbu-

rateur et juste au-dessus du point chaud du collec-

teur d'admission. Aucune modification du collecteur n'est né-

cessaire. Aucune modification du carburateur n'est nécessaire.

On comprendra que la description suivante de la figure 1 suppo-

se la présence d'un carburateur à un seul corps. Naturellement> il est possible d'utiliser des transducteurs supplémentaires comme cela peut être requis pour des applications à deux corps et

à quatre corps, la capacité du circuit électrique étant alors ac-

crue selon les besoins.

Le transducteur ultrasonique 10 peut être raccor-

dé par l'intermédiaire d'un conducteur 20 -à un circuit électri-

que 22. Le circuit électrique 22 se compose d'un oscillateur 26, d'un amplificateur de puissance 27 et d'un modulateur 28

raccordés à la batterie 29 par l'intermédiaire de l'interrup-

teur d'allumage 30. De même,un fusible 31 est prévu dans le circuit. Les composants électriques, à savoir l'oscillateur, l'amplificateur de puissance et le modulateur, sont chacun fondamentalement d'un type connu et sont logés dans un carter unique qui est relie à la masse par son raccordement au châssis

métallique de l'automobile.

249a9806 Fondamentalement, le circuit électrique envoie au transducteur ultrasonique une énergie à haute fréquence qui est transformée en une énergie acoustique, L'énergie électrique, et par consequent l'énergie acoustique, n'est pas appliquée de façon continue au transducteur ultrasonique

, mais est plutôt appliquée sous la forme de brèves rafa-

les possédant un rapport cyclique égal à environ 50%. Cette solution, outre le fait de permettre une économie de 50% de l'énergie électrique primaire prélevée de la batterie par le

circuit électronique, permet également de réaliser une vapo-

risation plus efficace de l'essence atteignant la surface du

transducteur ultrasonique 10.

De façon plus spécifique, lorsque l'interrupteur

d'allumage 30 est fermé, la batterie 29 de l'automobile en-

voie de l'énergie à l'oscillateur 26, qui envoie de l'énergie à faible niveau à l'amplificateur de puissance 27. La fréquence

fondamentale de l'oscillateur 26 est amplifiée par l'amplifica-

teur de puissance 27 conformément aux exigences requises du

système, à au moins 1 000 000 Hz et de préférence 1 300 000 Hz.

Lors de l'utilisation d'une automobile, --on ferme l'interrupteur d'allumage 30 et l'on enfonce une ou deux fois la pédale d'accélération. L'essence atteignant le transducteur 10 est vaporisée. Ensuite,on tourne l'interrupteur d'allumage 30 de manière à faire démarrer le moteur de façon

normale.Le moteur démarre rapidement, même à froid.

L.e circuit électrique 22 fonctionnant à l'état per-

manent, on a trouvé que la gazéification ou vaporisation du carburant n'était pas complète. L'essence présente sur la surface active du transducteur 10 prenait la forme d'un cône de liquide situé au sommet d'une mince couche de vapeur. Seule la partie inférieure du cône de liquide est vaporisée et non

pas l'ensemble du cône ou de la gouttelette. D'une façon inat-

tendue, on a trouvé que ce problème était résolu si l'on ap-

pliquait l'énergie au transducteur 10 sous la forme de rafales se!on un rapport cyclique égal à environ 50-. L'utilisation du modulateur 28 en liaison avec l'amp!ificateur de puissance

en vue de fournir une alimentation discontinue au transduc-

teur 10 provoquait un aplatissement de la couche de vapeur

située au-dessous du cône d'essence, pendant le cycle d'ar-

rêt, et, lorsque le cycle de marche suivant commençait, la base du cône était en contact complet avec la surface active du résonateur et était transformée en un fin brouillard. Il en résulte que les gouttelettes d'essence situées dans le

mélange carburant-air en provenance du carburateur sont com-

plètement vaporisées grâce à l'utilisation de la présente invention. Un fin brouillard uniforme d'essence est véhiculé

dans l'air jusqu'à chacun des cylindres du moteur 14. La vapo-

risation complète de l'essence est réalisée en tirant nette-

ment moins de courant de la batterie de l'automobile ou d'un véhicule analogue dans lequel la présente invention est mise

en oeuvre.

Fondamentalement, la surface supérieure du trans-

ducteur ultrasonique crée une surface active sur laquelle l'essence brute est collectée. Le transducteur ultrasonique selon la présente invention vibre à une fréquence dépassant 1 000 000 Hz, de préférence 1 300 000 Hz. Des pressions très

élevées sont appliquées à l'essence, qui est presque instan-

tanément vaporisée en gouttelettes d'un diamètre inférieur à microns. Ce brouillard fin d'essence mélangé avec l'air arrivant est envoyé aux cylindres du moteur 14. Ce processus de vaporisation est indépendant de la température de l'essence et de l'airde sorte que ceci facilite grandement le démarrage à froid et l'accélération du moteur. Etant donné que l'essence est toujours vaporisée avec ce dispositif, que le moteur soit chaud ou froid, ceci contribue à réaliser une économie de carburant, sans nuire au fonctionnement du moteur. En outre,

le brouillard fin d'essence est envoyé d'une façon plus uni-

forme à chacun des cylindres,ce qui est un facteur d'utili-

sation améliorée du carburant.

En se référant aux figures 2 et 3, on y voit mieux représenté le transducteur ultrasonique 10. Le transducteur se compose d'un résonateur 40, auquel sont raccordés de façon opérationnelle le cristal 42 et l'isolant thermorésistant 44. Le résonateur 40, le cristal 42 et l'isolant 44 peuvent

être collUs ou fixés ensemble de façon appropriée,par exem-

ple à l'aide d'un époxy,pour former un ensemble.

Le résonateur 40 est constitué de préférence par un métal, par exemple de l'aluminium. Le cristal 42 est consti-

tué de préférence par du titanate de baryum, bien que d'au-

tres matériaux puissent être utilisés comme cela est connu dans la technique. De préférence,le cristal 42 vibre à une fréquence dépassant 1 000 000 Hz et une fréquence de 1 300 000 Hz s'est avéré être très satisfaisante au cours

d'essais préliminaires.

Le résonateur 40 coopère en synergie avec le cris-

tal 42 pour produire des quantités ou volumes nettement plus

importants de brouillard que ce qui était possible en uti-

lisant le cristal seul. Le cristal utilisé dans la pratique n'est pas un corps vibrant de façon uniforme. Le résonateur

métallique fournit un corps vibrant d'une manière plus uni-

forme. En associant de façon opérationnelle le cristal à un

résonateur comme dans le cas de la présente invention, on ob-

tient des résultats améliorés. Le cristal est fabriqué avec une épaisseur permettant d'obtenir la fréquence désirée. Le résonateur doit être accordé correctement sur la fréquence du cristal. On a obtenu les meilleurs résultats lorsque le résonateur possède une épaisseur égale au quart de la longueur

d'onde ou à un multiple impair du quart de la longueur d'on-

de. Un transducteur selon la présente invention peut produire une énergie de 14,9kWh.En d'autres termesun transducteur d'un diamètre d'environ 2,54 cm peut réaliser une vaporisation du carburant à un

débit moyen de 0, 305 kg/kW/h. Ceci est compatible avec un ma.-

teur réglé sur une consommation spécifique de carburant au frein

de 0,5.

Une chambre 46 est définie entre la partie inférieure du cristal 42 et l'isolant 44. La chambre 46 est aérée par

l'intermédiaire de trous d'aération 48 de manière à accroi-

tre la vibration du cristal 42, tout en évitant, au-dessous

du cristal, la formation d'essence, qui sinon se produirait.

Une variante d'étanchéification de la chambre au-dessous du

cristal est beaucoup plus onéreuse que le présent système.

Comme cela est mieux visible sur la figure 3, il existe

quatre trous d'aération 48 ménagés dans l'isolant 44.

Le trarslucteur 1"C comporte également quatre fils métalliques flexibles 50 qui sont destinés à contacter la paroi du collecteur d'admission 12 de manière à maintenir le trans- ducteur 10 en position essentiellement au niveau du point chaud du collecteur d'admission. Les fils flexibles , constitués de préférence en acier, s'étendent à travers

le transducteur 10 et les parties inférieures de ces fils peu-

vent contacter le fond du collecteur d'admission 12 de manière à maintenir le transducteur en position écartée par rapport au fond du collecteur d'admission. On peut modifier la longueur,

sur laquelle les parties inférieures des conducteurs flexi-

bles 50 s'étendent à partir du fond du transducteur 10, de ma-

nière à régler le positionnement de ce transducteur. Dans cer-

taines applications, la partie du fil flexible se prolongeant

à partir du niveau inférieur du transducteur 10 peut être sup-

primée. Ceci est vrai lorsque l'espace est un facteur à consi-

dérer ou bien lorsque le contact des extrémités supérieures

des fils flexibles- 50 avec l'ouverture du collecteur d'admis-

sion est suffisant pour maintenir le transducteur 10 en posi-

tion. De même,on notera qu'il est possible de couper les ex-

trémités supérieures des conducteurs flexibles 50 de manière

à positionner le transducteur 10 dans des collecteurs d'admis-

sion possédant des tailles différentes. Si on le désire, on peut plier les extrémités des fils flexibles 50 à l'aide d'une pince ou d'un outil analogue de manière à maintenir le transducteur

ultrasonique dans une position désirée.

Le cristal 42 est conçu de manière à résister à au moins 1770C. Cette valeur est nettement plus élevée que la

température normale du collecteur qui est d'environ 79,50C.

En charge, la température du collecteur n'est normalement pas

supérieure à 107-1210C.

Le contact des fils flexibles métalliques avec la

paroi du collecteur d'admission a pour effet de relier élec-

triquement à la masse le transducteur ultrasonique 10.

Il est important de noter que l'on peut installer

le transducteur 10 en retirant le carburateur 16 du collec-

* teur d'admission 12. Aucune modification du carburateur n'est nécessaire. Le conducteur 20 peut être disposa dans une gorge ou dans un renfoncement ménagé dans la garniture d'étanchéité

21 entre le carburateur 16 et le collecteur d'admission 12.

Le conducteur 20 peut être plat, comme cela est mieux visi-

ble sur la figure 3, ou bien peut être de section circulaire.

Le moteur n'a pas besoin d'être modifié, ni réglé pour recevoir

le dispositif selon l'invention. La mise en place du transduc-

teur 10 n'altèrera en aucune façon les performances ou le

fonctionnement du véhicule - il s'agit d'un dispositif fonc-

tionnant de façon sire en cas de défaillance et qui permet au

véhicule de fonctionner comme il le faisait avant que le dis-

positif ait été installé. Ainsiaucun réglage du carburateur n'est nécessaire et en outre on peut réaliser une économie

supplémentaire de carburant en réglant le starter dans une po-

sition d'ouverture à 80% au démarrage et en réglant le carbu-

rateur avec appauvrissement du mélange carburant-air.

Le fonctionnement du moteur est amélioré par la pré-

sence du transducteur 10 étant donné Aue le carburant brut

provenant du carburateur et heurtant la surface active du ré-

sonateur est immédiatement transformé en une vapeur fine.

Une telle vaporisation se produit même lorsque le moteur est froid. C'est pourquoi il n'est pas nécessaire que le moteur atteigne des températures normales de fonctionnement avant

que ne se produise l'atomisation proprement dite du carburant.

Grâce à la mise en oeuvre de la présente invention, le moteur démarre aisément par tempcs froid. une mrntée en tem,érature du moteur par temps froid est inutile et un arrêt du moteur lors d'une

accélération à froid en charge est supprimé. Le moteur fonc-

tionne d!'ne manière plus uniforme en charge, qu'il soit chaud ou froid. L'utilisation de la présente invention permet d'effectuer des économies de carburant tout en accroissant

la puissance du moteur.

Un laboratoire indépendant utilisant le transducteur ultrasonique de la figure 4 a effectu des es. ais, dont les résultats sont tabulés cidessous. Le véhicule soumis à l'essai était une automobile connue sous la dénomination commerciale Buick Skylark fabriquée en 1980, possédant un

moteur V 6 de 2,8 litres et une transmission automatique.

Les limites de démarrage à froid établies par l'Agence pour la Protection de l'Environnement pour ces véhicules sont HC: 0,093 m3/h; CO 1,59 m3/h; et NOx 0,45 m3/h: Transducteur ultrasonique Essai N 1 Variation en % Transducteur ultrasonique Essai N 2 Variation en % Démarrage à froid HC CO NOX 0,059 m3/h

0,822 "

0,413 "

0,077 m3/h

0,193 "

0,447 "

,62 Bilan de carbone 1/100 km

- 0,03% 10,38

Cycle chaud HC CO NOX 0,1OWm3/h

0,016 "

0,708 Il O,007m3 /h

0,002 "

0,690 "

-40 %

-600 %

- 3 % 0,007m3/h

0,002 "

0,599 "i

-0,07% 14,46

Usine Base

+ 31 %

-426 %

+ 8 %

0,0477

0,543 0,427 ,59

- 19 %

- 34 %

+ 3 %

- 2,3%

Bilan de carbone 1/100 km 14,31 14,21

- 40 %

- 600 %

- 15 %

+ 1% ré> no ou o0 Co

Il faut noter que dans l'essai N0 1, la vis de ralen-

ti était réglée à 3/4 de tour pauvre et que le starter était réglé à 90 % pauvre. Le réglage incorrect du carburateur

s'est traduit par un redémarrage du véhicule, ce qui pertur-

bait les résultats. Pour l'essai No 2, la vis de ralenti était ramenée dans sa position normale et le starter était réglé à

% pauvre.

Une variation de 5 % se situe dans les limites de

cycles d'essai répétés. Les chiffres de consommation de car- burant ne varient pas beaucoup étant donné que tous les es-

sais ont été effectués entre 21,1 et 23,90 C et le

n'est pas influencé de façon importante à ces températures.

Ces essais montrent que le transducteur ultrasonique conforme à l'invention a une influence positive sur les émissions d'échappement,

en réduisant le taux des hydrocarbures non brûlés et l'oxyde de carbone.

Au cours d'essais indépendants sur route, des économies de car-

burant de l'ordre de cinq pourcent (5 %) à quinze pourcnt (15 %) ont été obtenues avec le transducteur ultrasonique selon l'invention. Ces essais préliminaires ont été effectués sur des voitures de série. Les résultats

ont été comparés pour chaque autoebile sans le transducteur ultrasoni-

que, puis avec le transducteur ultrasonique.

Sur la figure 4, on a représenté un transducteur modifié 110. Letransducteur110 comporte une bague annulaire de retenue 111, un résonateur 140, un cristal 142,un corps isolant 144, constitué de préférence en matière plastique, une plaque de base 151 et des fils flexibles ou pieds de support 150. Le résonateur 140 est accordé sur la fréquence du cristal 142.Un conducteur 120, qui est raccordé au cristal et au circuit électrique en vue d'exciter le cristal pour l'amener à vibrer à une fréquence égale à au moins 1 000 000 Hz et égale de préférence à au moins 1 300 000 Hz (cycles par seconde) est de préférence un fil gainé de manière qu'il soit

protégé vis-à-vis de l'environnement dans lequel il fonction-

ne. Il s'est avéré approprié d'utiliser comme conducteur 120

un conducteur recouvert de "Teflon".

Une caractéristique importante de la forme de réali-

sation de la figure 4 consiste en ce que le résonateur 140 et le cristal 142 ne sont pas fixés l'un à l'autre, mais sont associés fonctionnellement au moyen d'une rondelle ondulée ou d'un ressort de compensation 149, mieux

visible sur la figure 5. La rondelle élastique 149 est par-

ticulièrement utile avec des transducteurs de taille impor-

tante, dans lesquels une pression plus uniforme est appli-

quée de manière à repousser le cristal 142 contre le résona-

teur 140, indépendamment des variations de température et de

la dilatation et de la contraction concomitantes des compo-

sants du transducteur 110. Seule la partie circonférentielle

du cristal 142 est contactée par le ressort 114, et la par-

tie centrale du cristal est libre de vibrer. Il en résulte

une meilleure vibration du cristal, avec une meilleure vi-

bration concomitante du résonateur et une sortie plus impor-

tante de liquide vaporisé.

Des moyens d'aération 148 sont ménagés dans le trans-

ducteur 110 en vue de dépressuriser la partie inférieure du cristal 142 en évitant la formation d'essence dans la chambre 146 et de ce fait en permettant une vibration plus libre du cristal, et ce d'une manière simple et bon marché. Les moyens d'aération 148 comprennent des ouverizires ou des gorges ménagées dans le corps 144 et qui mettent en communication la chambre 146 située au-dessous du cristal 142 avec l'environnement

présent autour du transducteur 110.

Une autre variante de la présente invention est re-

présentée sur les figures 6 et 7. Le transducteur 210 compor-

te une bague de retenue 211, un résonateur 240, un cristal 242, un boîtier 244, un conducteur 220 et des pieds de support 2<G en fil métallique. Le traisducteur 210 est mainternu asse:il par des vis ou des rivets 260 (figure 7), qui relient la bague de

retenue 211 au boîtier 244 de manière à serrer entre ces der-

niers le résonateur et le cristal. Le résonateur 240 est re-

lié à la bague 211 et au boîtier 244, tandis que le cristal

242 est maintenu uniquement sur son bord,de sorte que la par-

tie centrale est libre de vibrer lorsqu'une énergie lui est appliquée. Les pieds de support 250, mieux visibles sur la figure 6, comportent un organe élastique en forme -e nére dans des trous ménages dans le transducteur 210, comme cela est visible sur la figure 5. On peut alors couper les

extrémités des pieds à la longueur désirée afin de réali-

ser un positionnement correct du transducteur 210 dans le collecteur d'admission et l'on peut replier les extrémités des pieds 250 à l'aide d'une pince ou d'un outil analogue de manière à faciliter le maintien du transducteur dans la

position désirée.

Le transducteur 210 fonctionne de la même manière

que dans les formes de réalisation décrites précédemment.

Des gouttelettes de carburant provenant du carburateur con-

tactent la surface active supérieure du résonateur 240. Les

gouttelettes sont finement vaporisées en raison des vibra-

tions du résonateur provoquées par le cristal 242, qui vibre à une fréquence ultrasonique égale au moins à 1 000 000 Hz et

et de préférence à 1 300 000 Hz.

Une forme de réalisation plus simple et moins onéreu-

se du transducteur ultrasonique est représentée sur les figu-

res 8 et 9. Le transducteur 310 comporte un résonateur 340, un cristal 342, un corps isolé 344, un conducteur 320 et des pieds élastiques 350. Le résonateur 340 et le cristal 342 sont représentés fixés l'un à l'autre, par exemple au moyen

d'un ciment époxy à haute température.

Les pieds élastiques 350 sont des organes en forme de U constitués par exemple en acier, comme dans le cas de la forme de réalisation des figures 6 et 7. Les pieds 350 s'étendent dans des trous alignés 352, 353 ménagés dans le

corps 344 et dans le résonateur 340. On peut couper aux lon-

gueurs désirées les extrémités libres des moyens de support

ou des pieds 350 et les couder de manière à fixer le trans-

ducteur en position dans le collecteur d'admission, comme

décrit ci-dessus.

Des moyens d'aération 348 sont prévus pour aérer la chambre 346. De tels moyens d'aération 348 sont formés par l'espace existant entre l'intérieur des trous 352 et

l'extérieur des fils 350 passant dans de tels trous.

Comme dans les formes de réalisation précédentes, le résonateur 340 possède une épaisseur égale au quart de la longueur d'onde ou à un autre multiple impjir du quart de

la longueur d'onde et est accordé sur la fréquence de ré-

sonance du cristal. Le cristal 342 et le résonateur 340 sont en contact opérationnel, qui est établi par exemple

par une liaison utilisant un époxyde à haute tempéra-

ture. Une telle épaisseur pour le cristal et le résonateur

s'est avéré fournir les meilleurs résultats de fonctionne-

ment pour le nouveau transducteur.

Grace à la présente invention, tout le carburant envoyé aux cylindres du moteur sera finement vaporisé et

un mélange uniforme carburant-air sera envoyé aux cylindres.

Dans des moteurs normaux, les cylindres qui sont les plus proches du carburateur reçoivent souvent plus de

carburant que le cylindre le plus éloigné du carburateur.

Il existe une meilleure combustion du carburant avec chacun des cylindres. La présente invention augmente la puissance du moteur tout en économisant l'essence. Les émissions d'oxyde

de carbone et d'hydrocarbures sont réduites.

Les composants du circuit électrique consomment une

énergie minimale de la batterie tout en pilotant chaque trans-

ducteur à une fréquence égale à au moins 1 000 000 Hz. Chacun

des transducteurs gazéifie ou vaporise suffisamment de carbu-

rant pour produire une puissance de 14,9 kW.

En résumé,la présente invention fournit un transduc-

teur ultrasonique qui garantit des démarrages rapides par temps froid, supprime la montée en température par temps froid, empêche de

noyer le moteur. et fait fonctionner le moteur avec des mé-

langes air-carburant plus pauvres. En plus de ces avantages d'économie de carburant, la présente invention contribue à éliminer les cognements du moteur, régularise le ralenti de ce dernier, protège la batterie en raison des démarrages rapides

et réduit la pollution de l'huile du moteur. Le moteur fonc-

tionne de façon plus uniforme, même avec de l'eau dans le réservoir d'essence et dans le système d'alimentation en

carburant. Si de l'eau devait parvenir dans le système d'ali-

mentation en carburant, elle serait vaporisée par le transduc-

teur conjointement avec le carburant.

Bien que des formes de réalisation préférées de l'invention aient été représentées, il apparaîtra à l'évidence que des modifications peuvent y être apportées

sans sortir de son cadre.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Transducteur ultrasonique pour vaporiser le car-

burant dans un moteur à combustion interne (14) possédant des

moyens de carburation (16) raccordés à un collecteur d'admis-

sion (12) du moteur, et qui est disposé essentiellement au niveau du point chaud dans le collecteur d'admiszion du moteur, caractérisé en ce qu'il comporte un cristal (42;

142, 242, 342) apte à être placé en vibration à une fréquen-

ce élevée de l'ordre d'au moins 1 000 000 Hz et un résonateur (40; 140; 240; 340) accordé sur la fréquence du cristal et relié de façon opérationnelle a ce dernier, le résonateur possédant une surface active apte à être contactée par le carburant pour vaporiser finement ce dernier de manière à fournir un meilleur mélange avec l'air provenant des moyens de carburation (16), ce qui permet au moteur à combustion interne de fournir plus de puissance, tout en réduisant les

émissions d'oxyde de carbone et d'hydrocarbures et d'éco-

nomiser le carburant.

2. Transducteur ultrasonique suivant la revendica-

tion 1, caractérisé en ce que le cristal (42; 142; 242;

342) est constitué par du titanate de baryum et que le réso-

nateur (40; 140; 240; 340) est constitué par un métal, no-

tamment de l'aluminium.

3. Transducteur ultrasonique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transducteur (10; 110; 210; 310) comporte le résonateur (40; 140; 240; 340), le cristal (42; 142; 242; 342) et un corps isolant (44; 144; 244; 344) enserrant le cristal et formant une chambre (46; 146; 246; 346) entre le cristal et le corps isolant, ainsi que des moyens (48; 148; 348) d'aération de ladite chambre.

4. Transducteur ultrasonique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cristal (42) et le résonateur (40) sont reliés l'un à l'autre et que lesdits moyens d'aération comportent plus particulièrement des passages (48) ménagés

dans le corps isolant.

5. Transducteur ultrasonique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens destinés à supporter le transducteur ultrasonique dans le collecteur d'admission (12) du moteur (14) et incluant notamment des moyens en forme de pieds (50; 150; 250; 350) s'étendant à partir du transducteur (10; 110; 210; 310) et aptes à contacter une surface du collecteur d'admission (12) du mo- teur, et plus particulièrement à raccorder à la masse le transducteur ultrasonique, lesdits pieds étant constitués notamment par des organes en forme de U (350) s'étendant dans

des ouvertures ménagées dans le transducteur ultrasonique.

6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant d'exciter le cristal (42; 142; 242; 342)à une fréquence élevée d'au moins 1 000 000 Hz, lesdits moyens d'excitation comportant notamment un oscillateur (26), un amplificateur de puissance (27) pour amplifier le signal provenant de l'oscillateur et

un modulateur (28) agissant en coopération avec l'amplifi-

cateur de puissance (27) de manière à appliquer l'énergie d'une manière discontinue au transducteur ultrasonique (10), ledit modulateur (28) coopérant avec l'amplificateur de puissance pour appliquer plus particulièrement l'énergie au cristal (42; 142; 242; 342) selon des rafales dans un

rapport cyclique d'environ 50 %.

7. Transducteur ultrasonique, caractérisé en ce qu'il comporte un cristal (42; 142; 242; 342) apte à être placé en vibration à une fréquence élevée de l'ordre d'au moins 1 000 000 Hz, un résonateur (40; 140; 240; 340) contactant le cristal et accordé sur la fréquence de ce

dernier et possédant une surface active apte à être contac-

tée par un liquide en vue de réaliser une vaporisation fine de ce dernier, un corps isolant (44; 144; 244; 344) fixé au résonateur et formant une chambre enserrant le cristal, et des moyens en forme de pieds (50; 150; 250; 350) pour supporter le transducteur ultrasonique (10; 110; 210;

310) en vue de son utilisation.

8. Transducteur ultrasonique selon les revendica-

tions 1 et 7 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que l'épaisseur du résonateur (40; 140; 240; 340) est éga'e

au quart de la longueur d'onde.

9. Transducteur ultrasonique selon la revendica-

tion 8, caractérisé en ce que l'épaisseur du résonateur est

un multiple impair du quart de la longueur d'onde.

10. Transducteur ultrasonique selon la revendica-

tion 7, caractérisé en ce que le cristal et le résonateur

sont reliés l'un à l'autre.

11. Transducteur ultrasonique selon la revendica-

tion 7, caractérisé en ce que le cristal (42; 142; 242; 342) est contacté par le résonateur (40; 140; 240; 340)

uniquement au voisinage de sa circonférence et que la par-

tie centrale du cristal peut vibrer librement.

12. Transducteur ultrasonique selon la revendica-

tion 7, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens élas-

tiques (149) permettant de repousser le cristal et le réso-

nateur l'un vers l'autre, lesdits moyens élastiques compor-

tant notamment une rondelle ondulée disposée dans la chambre

(146) en vue de repousser le cristal vers le résonateur.

13. Transducteur ultrasonique selon la revendica-

tion 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (48;

148; 348) pour aérer la chambre.