CA2203185A1 - Dispositif d'injection d'un melange gaz carburant pour un moteur a explosion - Google Patents
Dispositif d'injection d'un melange gaz carburant pour un moteur a explosionInfo
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- CA2203185A1 CA2203185A1 CA002203185A CA2203185A CA2203185A1 CA 2203185 A1 CA2203185 A1 CA 2203185A1 CA 002203185 A CA002203185 A CA 002203185A CA 2203185 A CA2203185 A CA 2203185A CA 2203185 A1 CA2203185 A1 CA 2203185A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
- F02M69/08—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel characterised by the fuel being carried by compressed air into main stream of combustion-air
Abstract
Device for injecting a fuel gas mixture into a combustion engine comprising within each cylinder a gasifying chamber (1) directly communicating with the gas inlet (2) of each combustion chamber; an injector needle valve (4) for continuously injecting liquid fuel; means (14, 15) for injecting pressurized primary air into the premixing chamber (17); means (19) for admitting slightly overpressurized secondary air; a helical screw (7) for overpressurizing, mixing and molecular fractionating the air/fuel premixture and transforming it into a homogeneous gas in each of the gasifying chambers (1), said screw being alternately rotated by the pressure of the air/fuel premixture and the depression in the gasifying chamber, electronic means for controlling and regulating the flow of the various fuel supply means into primary and secondary air flows and the injection of fuel into the premixing chamber (17).
Description
CA 0220318~ 1997-04-18 DISPOSITIF D'INJECTION D'UN MELANGE GAZ CARBURANT POUR UN MOTEUR A EXPLOSION
L'invention concerne un dispositif de ~,an~ro-",aLion des moteurs à combustion interne, utilic~nt les combustibles liquides, en moteurs à gaz surpressés.
On connaît actuellement seulement deux types de dispositifs d'alimentation en carburant des cylindres moteurs: les carburateurs, en général à flotteur et les injecteurs à
projection sequentielle. Les principaux inconvénients rés~lt~nt de la projection dans les cylindres, de carburant liquide pulverisé en plus ou moins fines gouttelettes coopérant avec un volume d'air, sont essentiellement une combustion interne incomplète du mélange 10 air/carburant dans les cylindres, ceci entrâîne un encrassement des cylindres plus ou moins rapide, un mauvais rendement ainsi qu'une pollution accrue de l'atmosphère par les parties imbrûlées du mélange air-carburant. L'encracsçment des cylindres détruit rapidement les caractéristiques de lubrifications de l'huile moteur du fait des particules et suies produites par les imbrûlés. Il s'ensuit une usure prématurée des ~egmPnts et çhPmices des moteurs ainsi que 15 des co~-scinetc de vilbrequin et des manetons des pistons dans le cas des moteurs diesel à
~limPnt~tion à haute presion. L'~limPnt~tion à très haute pression nPce.ssite l'utilisation de pompes très précises et très onéreuses ainsi qu'un circuit d'~limP.nt~tion apte à supporter ces pressions. Le système d'injection est également très précis et onéreux et se dérègle facilement.
Pour pallier ces inconvénients, les motoristes ont cherché des moyens mécaniques, 20 électriques et/ou thermiques cooperant avec, entre autres, une pré-chambre précédant le distributeur collectif classique. Cependant, l'amélioration apportée aux moteurs, plus généralement à essence, ne peuvent concerner les moteurs appelés communément diésel, qui sont pourvus de dispositifs à injection à haute pression à 150 bars. La tendance actuelle vise à
rendre cette ~limçnt~tion encore plus précise de façon à fournir à chaque cylindre ex~ctPment 25 la même quantite de carburant. Ceci avec des moyens de contrôle de plus en plus sophistiqués et onéreux qui multiplieront les risques de pannes. Ils ont pour inconvénient de se dérégler fréquemment. D'une façon générale, les dispositifs actuels nécçccitPnt une m~intçn~nce suivie, onéreuse, qui est rarement assurée par les utilic~teurs~ mais par des professionnels outillés en conséquence.
Il en ressort que le problème de la pollution automobile, des poids lourds notamment, en raison de l'extension continue du parc mondial, est devenu un souci majeur dans tous les pays industrialisés et va le devenir pour les pays en voie de développement où le parc s'étend rapidçmP~nt CA 0220318~ 1997-04-18 W O 96/12886 PCT~R95/01372 Les problèmes auxquels l'invention se propose de porter remède sont les suivants:
- supprimer la pollution des moteurs à combustion interne, à essence et diésel et plus particulièrement celle engendrée par les moteurs diésel des véhicules dits "poids lourds, mais également les moteurs marins, le moteur des groupes électrogenes etc. en su~ UlL les 5 imbrûlés;
- réduire la consommation en carburant d'environ 20%;
- améliorer notablement le rçnd~m~nt de ces moteurs;
- accroitre leur longévité;
- réduire les coûts d'exploitation, d'entretien et de réglages.
Le dispositif suivant l'invention atteint ces objectifs en proposant un moyen original et simple de gazéification, au niveau moléculaire, du mélange air/carburant dans une pré-chambre de mélange et dans une cha."bre de gazéification adaptée à l'admission de chaque cylindre des moteurs à combustion interne.
Il se propose de remplaçer les carburateurs ou les injecteurs des moteurs à essence de tous 15 types et particulièrement de supprimer l'~ llr.~ l;on sous pression des moteurs diesel de puissance qui sont les plus polluants, et parmi ceux-ci, ceux qui équipent les véhicules de la catégorie poids lourds, les engins des travaux publics, les moteurs marins etc. Le moyen de gazéification propose transforme les moteurs traditionnels à combustion interne à carburant liquide en moteur à gaz.
20 La pression d'auto-~llnm~ge dans les moteurs diesel, d'environ 23 à 24 bars, est réduite de façon à supprimer l'effet d'auto-~llum~e qui nécessite une ~lim~.ntation en carburant sous haute pression. L~ m~ge est obtenu par une centrale d'~llllm~ge électronique à haut voltage et le moteur est suppressé au moyen d'un co~,?resseur qui permet de retrouver toute sa puissance en le faisant tourner plus vite quand c'est nécess~ire. A faible allure il fonctionne à
25 pllics~nce réduite ce qui diminue encore sa consommation en carburant.
Selon une réalisation préfele"lielle, le dispositif suivant l'invention comporte:
- une chambre de gazéification par cylindre, située en communication directe avec l'admission de cll~clJne des chambres d'explosion dudit moteur, - un moyen d'injection de carburant liquide sous pression de 5 à 7 bars;
30 - un moyen d'injection d'air primaire à une pression de 2 à 4 bars, - un moyen d'injection d'air secondaire à une pression de quelques cent~ines de millibars, - une micro-ch~"bre de diffusion et de constitution d'un pr~m~l~n~e air-carburant;
- un moyen de surpression, de brassage et de fractionnement moléculaire du mélange air/carburant, le transformant en un gaz homogène dans chacune des dites cl~a".bres, à une 35 pression de l'ordre de 100 à 400 millibars, CA 0220318~ 1997-04-18 - des moyens de pilotage électronique de manoeuvre synchrone des pointeaux, des admissions d'air et d'optimisation du rapport m~ique air/carburant, et d'asservi~sement de la pompe de distribution du carburant liquide sous pression;
- une centrale electronique d'~lhlm~e à haut voltage Lors de la fermeture de la soupape d'admission de chaque cylindre du moteur, la chambre de g~7~ific~tion est mise en surpression pel~..An~ e au moyen d'une helice multipales entrâînée en rotation à grande vitesse par la pression de sortie du pré-mélange air-carburant. Au moment de l'ouverture de la soupape d'admission de chaque cylindre, la pression du gaz contenu dans la chambre de gazéification s'effondre en passant dans la 10 chambre d'explosions, se trouvant alors en forte dépression par la descente cyclique du piston-moteur. Cette disposition assure la transformation du pré-mélange air/carburant en un gaz permettant sa combustion totale dans la chan,bre d'explosion, aucun résidu imbrûlé n'étant détect~ble sortie des gaz d'echappement. La variation du debit du carburant admis dans la chambre de gazeification est obtenue entre autre par un moyen de variation de vitesse de 15 rotation de la pompe à carburant.
Les avantages présentés par le dispositif de gazéification sous pression selon l'invention sont les suivants:
- fractionnement total au niveau moléculaire, et transformation du mélange air/carburant en gaz homogène dans la cllalllbre de gazéification précedant l'admission dans la chambre 20 d'explosion, ayant pour résultat l'absence totale de gaz imbrûlés à la sortie du tuyau d'échappement des moteurs, donc la réduction très importante de la pollution de l'air par ces gaz, se limitant pratiquement au C02;
- une très grande simplification de l'alimentation des cylindres des moteurs à combustion interne et une réduction notable du coût de cette fonction;
25 - la suppression des carburateurs aux inconvénients multiples et la suppression de l'injection directe qui remplace de plus en plus les carburateurs en accroissant la consommation de carburant et le volume de gaz imbrulés, - I'amélioration significative du rendement et de la durée de vie des moteurs à combustion interne du fait que les gaz sont complètement brulés;
30 - I'économie de carburant de l'ordre de 20% et l'économie d'huile moteur du fait des vidanges moitié moins fréquentes;
- I'amélioration de la lubrification et une longévité accrue des moteurs avec une m~intçn~nce plus économique.
- I'amortissement en un temps très court du surcout du dispositif en raison de l'économie de 35 carburant, d'huile, d'entretien et de longévité du moteur CA 0220318~ 1997-04-18 WO 96/12886 PCT/FRgS/01372 - la facilité d'adaptation sur les moteurs à combustion interne existants de tous types et particuliè~ e"~e~L pour les moteurs diesel.
L'inst~ tion du nouvel équipement de g~7~ific~tion sur les moteurs diesel nécescite d'enlever le collecteur d'air, d'enlever les injecteurs et le système actuel d'~lim~nt~tion sous 5 pression (pompe haute pression et partie hydraulique) d'installer une bougie d'~ m~ge à
l'emplacement de l'injecteur actuel de chaque cylindre, de mettre en place un joint entretoise pour ~ugm~ntçr le volume des chambres d'explosion, de monter un bloc de gazéification sur une embase d'adaptation par type de moteur, d'installer un compresseur, une centrale electronique d'~ lm~e d'au moins 40.000 volts et une centrale de coordination des 10 paramètres physiques, fluidiques et mécaniques de fonctionnement du moteur avec le nouvel équipement.
Le dispositif selon l'invention est décrit en dhail dans le texte qui suit en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non li",i~atirs, dans lesquels sont montrés:
- fig. l, une coupe en élévation de l'ensemble du dispositif selon l'invention;
15 - fig.2 et 3, le brise jet placé dans la chambre de pré-melange;
- fig.4 et 5, une vue de face et une vue en coupe de l'hélice de brassage et de surpression du melange gazeux;
- fig.6, une vue schem~tique d'ensemble des blocs de gazeification sur un moteur à quatre cylindres.
Tel qu'il est representé sur la fig.1, le dispositif se présente sous la forrne d'un bloc de gæéification l comportant une chambre de gazéification 2, fixé directement ou par l'intermédiaire d'une embase d'adaptation, par un ensemble de vis au droit de l'orifice 3 d'admission du gaz dans chaque cylindre moteur avec lequel il est en communication. La cl,~"bre 2 est fermée par un corps 3 équipé en son axe central longit~ in~l XX', d'un dispositif 25 d'injection à pointeau coulissant 4, ~gi~s~nt en robinet à une position d'ouverture et une position de fermeture. Il est commandé par exemple par une bobine élecLIu,,~nétique S
attirant son noyau 6 m~intenll en position normalement fermée au moyen d'un ressort de conlplession 7.
Le carburant est injecté sous une pression d'environ 5 à 7 bars sur un brisejet 8 dont la 30 fonction est de réduire la pression dans une micro-chambre lO de pré-melange en créant un pré-mélange air- carburant qui est ensuite projeté contre les pales d'une hélice l l multi-pales, tournant librement dans un palier 12 concentriquement à l'axe XX' du bloc de gazéification Cette hélice engendre la surpression et l'homogènéisation par brassage, du pre-mélange air-carburant déja réalisé au niveau du brisejet 8.
CA 0220318~ 1997-04-18 W O 96/12886 PCTA~R95/01372 Le palier 12 de l'hélice est par exemple logé dans un porte-palier 13 comportant des bras 14 de fixation moyen de vis sur le corps 1 de la cha.l,bre 2. L'hélice 11 tourne librement sur son palier. Son nombre de pales est fonction de la vitesse élevée de rotation à obtenir pour fractionner le mélange gazeux au niveau moléculaire, de 3.000 à 20.000 tours/minute suivant 5 le régime du moteur . Le carburant liquide est amené par une tuyauterie 16 et un raccord 17, vers une cha.-,b, e ~nn~ ire 18 autour du pointeau 4 comportant des rainures de passage du carburant; les parties d~ ll;L~ ces rainures servant également de guidage dans l'alésage du support de pointeau. L'air co"""i",é p~i"~aire, généré par un co~ ,c;sseLIr auxilliaire, est amené par une tuyauterie 20 et un raccord 21 vers une challlbre ~nmll~ire 22 débouchant dans 10 la chambre de pré-mélange 10. Le carburant et l'air pré-mélangé se dirigent, à travers un orifice conique 23 vers les pales de l'hélice 11; ~imlllt~nem~nt de l'air secondaire additionnel provenant d'un orifice latéral 24 se dirige également vers les pales de l'hélice 11.
L'optimisation des volumes d'air p, il"ah e et d'air secondaire est réglée en fonction du débit du carburant assuré par une pompe à débit asservi coopérant avec une électrovanne a ouverture 15 variable. Le pré-mélange air-carburant.en micro-gouttelettes, injecté sur l'helice 11 est fractionné en coopération avec la température de la cha",b,e de gazéification 2 à un e échelle quasi moleculaire le ~ srol "~ant en un gaz surpressé avant son passage dans chaque cylindre moteur.
Le cycle complet se déroule selon les phases suivantes:
20 1) ~lim~nt~tion de carburant liquide sous pression de 5 à 7 bars dans la chambre annulaire 18 du pointeau 4;
L'invention concerne un dispositif de ~,an~ro-",aLion des moteurs à combustion interne, utilic~nt les combustibles liquides, en moteurs à gaz surpressés.
On connaît actuellement seulement deux types de dispositifs d'alimentation en carburant des cylindres moteurs: les carburateurs, en général à flotteur et les injecteurs à
projection sequentielle. Les principaux inconvénients rés~lt~nt de la projection dans les cylindres, de carburant liquide pulverisé en plus ou moins fines gouttelettes coopérant avec un volume d'air, sont essentiellement une combustion interne incomplète du mélange 10 air/carburant dans les cylindres, ceci entrâîne un encrassement des cylindres plus ou moins rapide, un mauvais rendement ainsi qu'une pollution accrue de l'atmosphère par les parties imbrûlées du mélange air-carburant. L'encracsçment des cylindres détruit rapidement les caractéristiques de lubrifications de l'huile moteur du fait des particules et suies produites par les imbrûlés. Il s'ensuit une usure prématurée des ~egmPnts et çhPmices des moteurs ainsi que 15 des co~-scinetc de vilbrequin et des manetons des pistons dans le cas des moteurs diesel à
~limPnt~tion à haute presion. L'~limPnt~tion à très haute pression nPce.ssite l'utilisation de pompes très précises et très onéreuses ainsi qu'un circuit d'~limP.nt~tion apte à supporter ces pressions. Le système d'injection est également très précis et onéreux et se dérègle facilement.
Pour pallier ces inconvénients, les motoristes ont cherché des moyens mécaniques, 20 électriques et/ou thermiques cooperant avec, entre autres, une pré-chambre précédant le distributeur collectif classique. Cependant, l'amélioration apportée aux moteurs, plus généralement à essence, ne peuvent concerner les moteurs appelés communément diésel, qui sont pourvus de dispositifs à injection à haute pression à 150 bars. La tendance actuelle vise à
rendre cette ~limçnt~tion encore plus précise de façon à fournir à chaque cylindre ex~ctPment 25 la même quantite de carburant. Ceci avec des moyens de contrôle de plus en plus sophistiqués et onéreux qui multiplieront les risques de pannes. Ils ont pour inconvénient de se dérégler fréquemment. D'une façon générale, les dispositifs actuels nécçccitPnt une m~intçn~nce suivie, onéreuse, qui est rarement assurée par les utilic~teurs~ mais par des professionnels outillés en conséquence.
Il en ressort que le problème de la pollution automobile, des poids lourds notamment, en raison de l'extension continue du parc mondial, est devenu un souci majeur dans tous les pays industrialisés et va le devenir pour les pays en voie de développement où le parc s'étend rapidçmP~nt CA 0220318~ 1997-04-18 W O 96/12886 PCT~R95/01372 Les problèmes auxquels l'invention se propose de porter remède sont les suivants:
- supprimer la pollution des moteurs à combustion interne, à essence et diésel et plus particulièrement celle engendrée par les moteurs diésel des véhicules dits "poids lourds, mais également les moteurs marins, le moteur des groupes électrogenes etc. en su~ UlL les 5 imbrûlés;
- réduire la consommation en carburant d'environ 20%;
- améliorer notablement le rçnd~m~nt de ces moteurs;
- accroitre leur longévité;
- réduire les coûts d'exploitation, d'entretien et de réglages.
Le dispositif suivant l'invention atteint ces objectifs en proposant un moyen original et simple de gazéification, au niveau moléculaire, du mélange air/carburant dans une pré-chambre de mélange et dans une cha."bre de gazéification adaptée à l'admission de chaque cylindre des moteurs à combustion interne.
Il se propose de remplaçer les carburateurs ou les injecteurs des moteurs à essence de tous 15 types et particulièrement de supprimer l'~ llr.~ l;on sous pression des moteurs diesel de puissance qui sont les plus polluants, et parmi ceux-ci, ceux qui équipent les véhicules de la catégorie poids lourds, les engins des travaux publics, les moteurs marins etc. Le moyen de gazéification propose transforme les moteurs traditionnels à combustion interne à carburant liquide en moteur à gaz.
20 La pression d'auto-~llnm~ge dans les moteurs diesel, d'environ 23 à 24 bars, est réduite de façon à supprimer l'effet d'auto-~llum~e qui nécessite une ~lim~.ntation en carburant sous haute pression. L~ m~ge est obtenu par une centrale d'~llllm~ge électronique à haut voltage et le moteur est suppressé au moyen d'un co~,?resseur qui permet de retrouver toute sa puissance en le faisant tourner plus vite quand c'est nécess~ire. A faible allure il fonctionne à
25 pllics~nce réduite ce qui diminue encore sa consommation en carburant.
Selon une réalisation préfele"lielle, le dispositif suivant l'invention comporte:
- une chambre de gazéification par cylindre, située en communication directe avec l'admission de cll~clJne des chambres d'explosion dudit moteur, - un moyen d'injection de carburant liquide sous pression de 5 à 7 bars;
30 - un moyen d'injection d'air primaire à une pression de 2 à 4 bars, - un moyen d'injection d'air secondaire à une pression de quelques cent~ines de millibars, - une micro-ch~"bre de diffusion et de constitution d'un pr~m~l~n~e air-carburant;
- un moyen de surpression, de brassage et de fractionnement moléculaire du mélange air/carburant, le transformant en un gaz homogène dans chacune des dites cl~a".bres, à une 35 pression de l'ordre de 100 à 400 millibars, CA 0220318~ 1997-04-18 - des moyens de pilotage électronique de manoeuvre synchrone des pointeaux, des admissions d'air et d'optimisation du rapport m~ique air/carburant, et d'asservi~sement de la pompe de distribution du carburant liquide sous pression;
- une centrale electronique d'~lhlm~e à haut voltage Lors de la fermeture de la soupape d'admission de chaque cylindre du moteur, la chambre de g~7~ific~tion est mise en surpression pel~..An~ e au moyen d'une helice multipales entrâînée en rotation à grande vitesse par la pression de sortie du pré-mélange air-carburant. Au moment de l'ouverture de la soupape d'admission de chaque cylindre, la pression du gaz contenu dans la chambre de gazéification s'effondre en passant dans la 10 chambre d'explosions, se trouvant alors en forte dépression par la descente cyclique du piston-moteur. Cette disposition assure la transformation du pré-mélange air/carburant en un gaz permettant sa combustion totale dans la chan,bre d'explosion, aucun résidu imbrûlé n'étant détect~ble sortie des gaz d'echappement. La variation du debit du carburant admis dans la chambre de gazeification est obtenue entre autre par un moyen de variation de vitesse de 15 rotation de la pompe à carburant.
Les avantages présentés par le dispositif de gazéification sous pression selon l'invention sont les suivants:
- fractionnement total au niveau moléculaire, et transformation du mélange air/carburant en gaz homogène dans la cllalllbre de gazéification précedant l'admission dans la chambre 20 d'explosion, ayant pour résultat l'absence totale de gaz imbrûlés à la sortie du tuyau d'échappement des moteurs, donc la réduction très importante de la pollution de l'air par ces gaz, se limitant pratiquement au C02;
- une très grande simplification de l'alimentation des cylindres des moteurs à combustion interne et une réduction notable du coût de cette fonction;
25 - la suppression des carburateurs aux inconvénients multiples et la suppression de l'injection directe qui remplace de plus en plus les carburateurs en accroissant la consommation de carburant et le volume de gaz imbrulés, - I'amélioration significative du rendement et de la durée de vie des moteurs à combustion interne du fait que les gaz sont complètement brulés;
30 - I'économie de carburant de l'ordre de 20% et l'économie d'huile moteur du fait des vidanges moitié moins fréquentes;
- I'amélioration de la lubrification et une longévité accrue des moteurs avec une m~intçn~nce plus économique.
- I'amortissement en un temps très court du surcout du dispositif en raison de l'économie de 35 carburant, d'huile, d'entretien et de longévité du moteur CA 0220318~ 1997-04-18 WO 96/12886 PCT/FRgS/01372 - la facilité d'adaptation sur les moteurs à combustion interne existants de tous types et particuliè~ e"~e~L pour les moteurs diesel.
L'inst~ tion du nouvel équipement de g~7~ific~tion sur les moteurs diesel nécescite d'enlever le collecteur d'air, d'enlever les injecteurs et le système actuel d'~lim~nt~tion sous 5 pression (pompe haute pression et partie hydraulique) d'installer une bougie d'~ m~ge à
l'emplacement de l'injecteur actuel de chaque cylindre, de mettre en place un joint entretoise pour ~ugm~ntçr le volume des chambres d'explosion, de monter un bloc de gazéification sur une embase d'adaptation par type de moteur, d'installer un compresseur, une centrale electronique d'~ lm~e d'au moins 40.000 volts et une centrale de coordination des 10 paramètres physiques, fluidiques et mécaniques de fonctionnement du moteur avec le nouvel équipement.
Le dispositif selon l'invention est décrit en dhail dans le texte qui suit en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non li",i~atirs, dans lesquels sont montrés:
- fig. l, une coupe en élévation de l'ensemble du dispositif selon l'invention;
15 - fig.2 et 3, le brise jet placé dans la chambre de pré-melange;
- fig.4 et 5, une vue de face et une vue en coupe de l'hélice de brassage et de surpression du melange gazeux;
- fig.6, une vue schem~tique d'ensemble des blocs de gazeification sur un moteur à quatre cylindres.
Tel qu'il est representé sur la fig.1, le dispositif se présente sous la forrne d'un bloc de gæéification l comportant une chambre de gazéification 2, fixé directement ou par l'intermédiaire d'une embase d'adaptation, par un ensemble de vis au droit de l'orifice 3 d'admission du gaz dans chaque cylindre moteur avec lequel il est en communication. La cl,~"bre 2 est fermée par un corps 3 équipé en son axe central longit~ in~l XX', d'un dispositif 25 d'injection à pointeau coulissant 4, ~gi~s~nt en robinet à une position d'ouverture et une position de fermeture. Il est commandé par exemple par une bobine élecLIu,,~nétique S
attirant son noyau 6 m~intenll en position normalement fermée au moyen d'un ressort de conlplession 7.
Le carburant est injecté sous une pression d'environ 5 à 7 bars sur un brisejet 8 dont la 30 fonction est de réduire la pression dans une micro-chambre lO de pré-melange en créant un pré-mélange air- carburant qui est ensuite projeté contre les pales d'une hélice l l multi-pales, tournant librement dans un palier 12 concentriquement à l'axe XX' du bloc de gazéification Cette hélice engendre la surpression et l'homogènéisation par brassage, du pre-mélange air-carburant déja réalisé au niveau du brisejet 8.
CA 0220318~ 1997-04-18 W O 96/12886 PCTA~R95/01372 Le palier 12 de l'hélice est par exemple logé dans un porte-palier 13 comportant des bras 14 de fixation moyen de vis sur le corps 1 de la cha.l,bre 2. L'hélice 11 tourne librement sur son palier. Son nombre de pales est fonction de la vitesse élevée de rotation à obtenir pour fractionner le mélange gazeux au niveau moléculaire, de 3.000 à 20.000 tours/minute suivant 5 le régime du moteur . Le carburant liquide est amené par une tuyauterie 16 et un raccord 17, vers une cha.-,b, e ~nn~ ire 18 autour du pointeau 4 comportant des rainures de passage du carburant; les parties d~ ll;L~ ces rainures servant également de guidage dans l'alésage du support de pointeau. L'air co"""i",é p~i"~aire, généré par un co~ ,c;sseLIr auxilliaire, est amené par une tuyauterie 20 et un raccord 21 vers une challlbre ~nmll~ire 22 débouchant dans 10 la chambre de pré-mélange 10. Le carburant et l'air pré-mélangé se dirigent, à travers un orifice conique 23 vers les pales de l'hélice 11; ~imlllt~nem~nt de l'air secondaire additionnel provenant d'un orifice latéral 24 se dirige également vers les pales de l'hélice 11.
L'optimisation des volumes d'air p, il"ah e et d'air secondaire est réglée en fonction du débit du carburant assuré par une pompe à débit asservi coopérant avec une électrovanne a ouverture 15 variable. Le pré-mélange air-carburant.en micro-gouttelettes, injecté sur l'helice 11 est fractionné en coopération avec la température de la cha",b,e de gazéification 2 à un e échelle quasi moleculaire le ~ srol "~ant en un gaz surpressé avant son passage dans chaque cylindre moteur.
Le cycle complet se déroule selon les phases suivantes:
20 1) ~lim~nt~tion de carburant liquide sous pression de 5 à 7 bars dans la chambre annulaire 18 du pointeau 4;
2) injection du carburant et d'air p, i"~aire à un débit et à une pression contrôlés dans la chambre 10 sur le brisejet 8 pour constituer un pré-mélange air-carburant se prés.ont~nt déjà
en très fines micro-gouttelettes;
25 3) Aspiration en 3 à la desc~nte du piston créant une dépression dans l'orifice conique 23 d'acces à la ch~"bre de gazéification 2 et projection du pré-mélange en fines micro-gouttelettes sur les pales de l'hélice 11 mise en rot~tion à grande vitesse alternativement par ladite dépression de la cha"lbre 2 dûe à la descente du piston conjuguée avec la pression d'injection air-carburant;
30 4) surpression dans la chambre 2 pendant la fermeture de la soupape d'admission et l'introduction du mélange sous pression 5) dépression dans la chal~bre 2 à l'ouverture de la soupape pour un nouveau cycle.
La vitesse de rotation de l'hélice 11 est principalement fonction de la dépression elle se trouve entrâînee à une vitesse de rotation de l'ordre de 3.000 à 20.000 tours/rninute vitesse 35 suffi~nte pour assurer un fractionnement moléculaire du pré-melange.
CA 0220318~ 1997-04-18 W O96/12886 PCT~FR95/01372 Ce résultat est obtenu avec une grande économie de moyens. On a utilisé un pointeau 4 ouvert ou fermé pour régler un débit continu plutôt qu'un débit par imp~ iQns comme c'est le cas dans la plupart des moteurs classiques. C'est la variation de vitesse de la pompe à carburant associée à une électrovanne à ouverture variable qui fournit le débit nec~ssAi, e au régime du 5 moteur. Cette variation pourrait être ég~l~m~-nt obtenue par tout autre moyen connu. Au démarrage et au bas régime du moteur, la rotation de l'hélice est assistée par un moteur électrique non représent et aux régimes plus élevés, par de l'air sous pression projeté en 26, tangentiellement sur les pales de l'hélice 11.
Les quantités de carburant, d'air pl illlail e et d'air secondaire sont dosées par une centrale 10 électronique de co""--~n-le et de coordination des des paramètres physiques, fluidiques et mécaniques, not~mm~nt de vitesse de rotation du moteur thermique, de température et de pression. Le rapport massique du mélange air-carburant résulte de ces di~élen~s paramètres.
Dans le cas de l'adaptation de l'équipement de gazéification sur des moteurs diesel existants, on retire la pompe haute pression et son équipement hydraulique ainsi que les 15 injecteurs, on introduit un joint entretoise d'ép~icse.~r pour ~.grnenter le volume des ch~llb-es d'explosion et réduire le taux de co,..pression en dessous du seuil d'auto-~ m~ge, une bougie est montée à la place de l'injecteur de chaque cylindre et coopère avec une centrale électronique d'~lltlm~ge à haut voltage, au moins 40.000 volts pour générer l'étincelle d'~ lm~ge du mélange gazeux; les blocs de gazéifications sont montés sur une embase 20 adaptée au type du moteur et fixées sur les trous du collecteur d'air également retiré; La pompe d'injection à haute pression est remplacée par une pompe à débit variable à basse pression, d'environ 5 à 7 bars.
Les fig. 2 et 3, montrent en élévation et en vue en bout, un exemple de brisejet 8 placé
dans la clla~ble de pré-mélange 10. Ce brisejet se présente sous forme d'une pièce en croix 25 filetée et épaulée, vissée en butée concentriquement à l'axe XX' et preslont~nt sa petite face au droit de la sortie de l'injecteur 15.
Les fig.4 et ~ montrent une vue de face et une vue en coupe en élévation d'un exemple d'hélice 11 de surpression à 6 pales 27 dont le moyeu est solidaire de l'arbre 28 sur lequel il est calé en porte-à-faux, tournant librement dans son palier.
La fig. 6 montre schématiquementune vue d'ensemble des blocs de gazéification 30, 31, 32, 33, comportant chacun leur char-bre 2 de gazéification au droit des cylindres moteurs. Les chal--bres 2 de gazéification sont en surpression perrn~n~nte à une pression de l'ordre de plusieurs bars, par leur hélice 11, par l'admission d'air additionnel provenant d'un turbocompresseur éventuel et principalement d'un surpresseur auxilliaire non représenté.
CA 0220318~ 1997-04-18 W O96/12886 PCTA~R95/01372 Le réglage de debit du carburant sous pression admis dans les chal"bles 10 de pré-mélange est obtenu, en regime normal de rotation du moteur à combustion interne par un moyen électronique connu de variation de vitesse de rotation d'une pompe 35, débitant le carburant à
une pression de 5 à 7 bars dans une tuyauterie commune 36 distribuant celui-ci à chacun des 5 quatre blocs de gazéification par les tuyaux 37, 38, 39, 40.
Cette variation du débit de carburant de la pompe coopère avec une électrovanne à ouverture variable pour affiner le réglage de ce débit.
L'air primaire est généré par le CO"lp~ esseur de servitude non représenté, dont sont géneralement équipés les véhicules lourds ou par un co"~p,esseur auxilliaire.
Pour améliorer encore la gazéification on ajoute un moyen electrique, par exemple une réci~t~nce r.~ ntç pour réchau~er le fioul avant son injection dans la chal"b,e de pré-mélange. L'air p,i",ai,e, en provenance du co",presseur est également chaud et facilite la gazeification au niveau de ladite chambre 10.
en très fines micro-gouttelettes;
25 3) Aspiration en 3 à la desc~nte du piston créant une dépression dans l'orifice conique 23 d'acces à la ch~"bre de gazéification 2 et projection du pré-mélange en fines micro-gouttelettes sur les pales de l'hélice 11 mise en rot~tion à grande vitesse alternativement par ladite dépression de la cha"lbre 2 dûe à la descente du piston conjuguée avec la pression d'injection air-carburant;
30 4) surpression dans la chambre 2 pendant la fermeture de la soupape d'admission et l'introduction du mélange sous pression 5) dépression dans la chal~bre 2 à l'ouverture de la soupape pour un nouveau cycle.
La vitesse de rotation de l'hélice 11 est principalement fonction de la dépression elle se trouve entrâînee à une vitesse de rotation de l'ordre de 3.000 à 20.000 tours/rninute vitesse 35 suffi~nte pour assurer un fractionnement moléculaire du pré-melange.
CA 0220318~ 1997-04-18 W O96/12886 PCT~FR95/01372 Ce résultat est obtenu avec une grande économie de moyens. On a utilisé un pointeau 4 ouvert ou fermé pour régler un débit continu plutôt qu'un débit par imp~ iQns comme c'est le cas dans la plupart des moteurs classiques. C'est la variation de vitesse de la pompe à carburant associée à une électrovanne à ouverture variable qui fournit le débit nec~ssAi, e au régime du 5 moteur. Cette variation pourrait être ég~l~m~-nt obtenue par tout autre moyen connu. Au démarrage et au bas régime du moteur, la rotation de l'hélice est assistée par un moteur électrique non représent et aux régimes plus élevés, par de l'air sous pression projeté en 26, tangentiellement sur les pales de l'hélice 11.
Les quantités de carburant, d'air pl illlail e et d'air secondaire sont dosées par une centrale 10 électronique de co""--~n-le et de coordination des des paramètres physiques, fluidiques et mécaniques, not~mm~nt de vitesse de rotation du moteur thermique, de température et de pression. Le rapport massique du mélange air-carburant résulte de ces di~élen~s paramètres.
Dans le cas de l'adaptation de l'équipement de gazéification sur des moteurs diesel existants, on retire la pompe haute pression et son équipement hydraulique ainsi que les 15 injecteurs, on introduit un joint entretoise d'ép~icse.~r pour ~.grnenter le volume des ch~llb-es d'explosion et réduire le taux de co,..pression en dessous du seuil d'auto-~ m~ge, une bougie est montée à la place de l'injecteur de chaque cylindre et coopère avec une centrale électronique d'~lltlm~ge à haut voltage, au moins 40.000 volts pour générer l'étincelle d'~ lm~ge du mélange gazeux; les blocs de gazéifications sont montés sur une embase 20 adaptée au type du moteur et fixées sur les trous du collecteur d'air également retiré; La pompe d'injection à haute pression est remplacée par une pompe à débit variable à basse pression, d'environ 5 à 7 bars.
Les fig. 2 et 3, montrent en élévation et en vue en bout, un exemple de brisejet 8 placé
dans la clla~ble de pré-mélange 10. Ce brisejet se présente sous forme d'une pièce en croix 25 filetée et épaulée, vissée en butée concentriquement à l'axe XX' et preslont~nt sa petite face au droit de la sortie de l'injecteur 15.
Les fig.4 et ~ montrent une vue de face et une vue en coupe en élévation d'un exemple d'hélice 11 de surpression à 6 pales 27 dont le moyeu est solidaire de l'arbre 28 sur lequel il est calé en porte-à-faux, tournant librement dans son palier.
La fig. 6 montre schématiquementune vue d'ensemble des blocs de gazéification 30, 31, 32, 33, comportant chacun leur char-bre 2 de gazéification au droit des cylindres moteurs. Les chal--bres 2 de gazéification sont en surpression perrn~n~nte à une pression de l'ordre de plusieurs bars, par leur hélice 11, par l'admission d'air additionnel provenant d'un turbocompresseur éventuel et principalement d'un surpresseur auxilliaire non représenté.
CA 0220318~ 1997-04-18 W O96/12886 PCTA~R95/01372 Le réglage de debit du carburant sous pression admis dans les chal"bles 10 de pré-mélange est obtenu, en regime normal de rotation du moteur à combustion interne par un moyen électronique connu de variation de vitesse de rotation d'une pompe 35, débitant le carburant à
une pression de 5 à 7 bars dans une tuyauterie commune 36 distribuant celui-ci à chacun des 5 quatre blocs de gazéification par les tuyaux 37, 38, 39, 40.
Cette variation du débit de carburant de la pompe coopère avec une électrovanne à ouverture variable pour affiner le réglage de ce débit.
L'air primaire est généré par le CO"lp~ esseur de servitude non représenté, dont sont géneralement équipés les véhicules lourds ou par un co"~p,esseur auxilliaire.
Pour améliorer encore la gazéification on ajoute un moyen electrique, par exemple une réci~t~nce r.~ ntç pour réchau~er le fioul avant son injection dans la chal"b,e de pré-mélange. L'air p,i",ai,e, en provenance du co",presseur est également chaud et facilite la gazeification au niveau de ladite chambre 10.
Claims (10)
1 - Dispositif d'injection d'un mélange d'air-carburant pour moteurs à combustion interne utilisant les carburants liquides, comportant un moyen d'injection de carburant liquide coopérant avec un moyen d'entrée d'air, générant un mélange destiné à être admis dans chacun des cylindres dudit moteur, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chacune des cylindrées du moteur, un bloc de gazéification (25) comportant une micro-chambre (10) de pré-mélange air-carburant, alimentée en carburant par un moyen (4) d'injection et en air primaire (20) sous pression, en ce que ledit pré-mélange sous pression est dirigé vers les pales d'une hélice (11) de surpression, de brassage et de fractionnement moléculaire à grande vitesse, dudit pré-mélange air/carburant en coopération avec de l'air secondaire additionnel (24), le transformant en un gaz homogène dans une chambre (2) de gazéification par cylindre ménagée dans ledit bloc (25) fixé sur le bloc moteur, en communication directe avec l'orifice (3) d'admission du mélange vers chacune des chambres d'explosion dudit moteur.
2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la micro-chambre de pré-mélange (10) comporte un brise-jet (8) pour favoriser la constitution du pré-mélange.
3 - Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'hélice (11) de surpression, de brassage et de fractionnement moléculaire à grande vitesse, dudit pré-mélangeair/carburant, est une hélice multipales disposée concentriquement à l'axe XX' du bloc de gazéification à la sortie de la chambre de pré-mélange (10), tournant librement dans un palier rendu solidaire du corps (1) de la chambre (2), en ce que ladite hélice (11) est entrainée en rotation par la pression du pré-mélange air-carburant et par la dépression créée par l'aspiration du mélange gazeux de la chambre (2) vers la chambre d'explosion au moment de l'ouverture de la soupape d'admission.
4 - Dispositif selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que l'hélice (11) est entraînée en rotation au démarrage et en régime lent du moteur thermique par un moteur électrique et aux autres régimes par la projection en (26) d'air sous pression sur les pales de ladite hélice.
5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce l'air primaire alimentant la micro-chambre de pré-mélange (10), est comprimé à une pression de 2 à 4 bars par un compresseur d'air, en ce que l'air secondaire est alimenté à une pression de quelques centaines de millibars.
6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une centrale électroniques coordonne les paramètres physiques, fluidiques et mécaniques du fonctionnement du moteur en agissant sur: un moyen de variation du débit de carburant liquide; un moyen de réglage de la pression d'air primaire; un moyen de réglage d'entrée d'air secondaire en fonction des débits de carburant et d'air primaire pour optimiser le rapport massique air-carburant, une centrale d'allumage à haut voltage.
7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque cycle de fonctionnement du moteur thermique se déroule selon les phases suivantes:
1) alimentation de carburant liquide sous pression, 2) injection du carburant et d'air primaire, à un débit et à une pression contrôlés, dans la chambre de pré-mélange (10) pour constituer le pré-mélange air-carburant, 3) projection du pré-mélange sous pression en très fines micro-gouttelettes sur les pales de l'hélice de brassage, entretenant sa rotation, 4) aspiration en (3) à la descente du piston, créant une dépression dans la chambre (2) contribuant à la rotation de l'hélice à grande vitesse alternativement par la dépression de la chambre (2) dûe à la descente du piston et par la pression d'injection air-carburant;
5) surpression dans la chambre (2) pendant la fermeture de la soupape d'admission après l'introduction du mélange sous pression dans la chambre d'explosion, 6) dépression dans la chambre (2) à l'ouverture de la soupape pour un nouveau cycle.
1) alimentation de carburant liquide sous pression, 2) injection du carburant et d'air primaire, à un débit et à une pression contrôlés, dans la chambre de pré-mélange (10) pour constituer le pré-mélange air-carburant, 3) projection du pré-mélange sous pression en très fines micro-gouttelettes sur les pales de l'hélice de brassage, entretenant sa rotation, 4) aspiration en (3) à la descente du piston, créant une dépression dans la chambre (2) contribuant à la rotation de l'hélice à grande vitesse alternativement par la dépression de la chambre (2) dûe à la descente du piston et par la pression d'injection air-carburant;
5) surpression dans la chambre (2) pendant la fermeture de la soupape d'admission après l'introduction du mélange sous pression dans la chambre d'explosion, 6) dépression dans la chambre (2) à l'ouverture de la soupape pour un nouveau cycle.
8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 et 7, caractérisé en ce que la variation du débit du carburant liquide sous pression injecté par une tuyauterie commune (36) distribuant celui-ci à chacun des blocs de gazéification (25) par les tuyaux (37, 38, 39, 40), est obtenue au moyen d'une électrovanne à ouverture variable coopérant avec un moyen de variation de la vitesse de rotation de la pompe (35) pour affiner le réglage de ce débit.
9 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, adapté sur les moteurs diesel existants, caractérisé en ce qu'un joint-entretoise est ajouté pour abaisser le taux de compression en dessous du seuil d'auto-allumage, et qu'un bloc de gazéification (25) est fixé, à la place du collecteur, au droit de l'ouverture (3) vers chaque chambre d'explosion par l'intermédiaire d'une pièce d'adaptation suivant le type du moteur, en ce qu'une bougie d'allumage est fixée à
la place de l'injecteur de chaque cylindre, en ce qu'une pompe (35) à carburant à basse pression est montée à la place de la pompe à haute pression, en ce qu'un compresseur auxilliaire d'alimentation en air primaire est monté prés du moteur thermique, en ce qu'il est ajouté une centrale d'allumage à haut voltage pour alimenter séquentiellement les bougies
la place de l'injecteur de chaque cylindre, en ce qu'une pompe (35) à carburant à basse pression est montée à la place de la pompe à haute pression, en ce qu'un compresseur auxilliaire d'alimentation en air primaire est monté prés du moteur thermique, en ce qu'il est ajouté une centrale d'allumage à haut voltage pour alimenter séquentiellement les bougies
10 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'un moyen électrique réchauffe le carburant avant son injection dans la chambre (10).
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