<Desc/Clms Page number 1>
BREVET d'I N V E N T I O N procédé pour le mélange de gaz applicable notamment aux moteurs à gaz et mélangeur pour sa mise en oeuvre.
Monsieur Jean H A R D Y Priorité de 2 demandes de brevet déposées en France les 29.5.43 et 24.7.43
On sait que les mélangeurs employés pour effectuer le dosage de la quantité d'air que l'on doit mélanger à un gaz combustible pour en obtenir une parfaite concentration comportent en général une chambre de mélange recevant la canalisation d'air et la canalisation de gaz combustible, cette chambre de mélange communiquant par une troisième canalisation avec le moteur.
Il est connu de régler le dosage de ces mélangeurs en munissant les canalisations d'amenée d'air et de sortie du mélange sur gaz combustible, reliées en général à l'aspiration du moteur, d'obturateurs de réglage reliés mécaniquement entre eux.
Parfois, la canalisation d'amenée du gaz combustible est également -munie d'un obturateur de réglage également lié mécani- quement aux obturateurs des canalisations d'amenée d'air et de sortie du mélange combustible.
<Desc/Clms Page number 2>
Ces mélangeursprésentent divers inconvénients et notamment les suivants :
Comme les débits demandés au mélangeur peuvent être trés différents pour une même position de l'obturateur d'accélération situé dans la canalisation de sortie du gaz combustible, il est nécessaire, pour avoir un dosage convenable, de corriger chaque instant la position de l'obturateur d'air, car les lois régissant les débits des fluides à travers le circuit parcouru par le gaz venantdu gazogène, sont tròs différentes de celles régissant ceux de l'air à travers l'orifice qui lui est affecté.
L'expérience montre en effet que, dans un Mélangeur ordinaire, le débit du gaz augraente plus vite que celui de l'air, lorsqu'on augmente la dépression due à l'aspiration du moteur; c'est pourquoi l'on est obligé d'ouvrir l'obturateur d'air du mélangeur, quand le débit augmente.
Comme il est pratiquement impossible de corriger à chaque instant à la main, d'une façon correcte, le réglage de l'obturateur d'entré-; d'air, on a cherché à effectuer automatiquement cette correction, au moyen d'organes mobiles, tels que : pistons, mebranes, palette::, boisseaux, etc... sur lesquels on fait agir les deux fluides. Malheureusement, les mélangeurs ainsi constitués sont non seulement délicats et compliqués, mais d'une sensibilité généralement très inconstante.
La présente invention a notamment pour but (le remédier à ces inconvénients.
Elle concerne à cet effet un procédé pour le mélange de gaz applicable notamment aux raoteurs à gaz dans lequel on fait arriver chaque gaz séparément dans une chambre de mélange reliée à l'aspiration du moteur ou tout autre dispositif, procédé caractérisé parce qu'on règle l'importance des débits de chacun des gaz en provoquant une chute de pression uniquement à l'arrivée de chacun de ces gaz, de façon à rendre négligeable l'influence de la différence de pression entre les deux gaz hors de leur arrivée dans la chambre de mélange, l'influence de cette différence de pression étant d'autant moins grande que la chute de pression de 11,
<Desc/Clms Page number 3>
chacun des gaz du mélange est plus grande,
ce qui permet d'amé- liorer le dosage et de rendre pratiquement constant le rapport des débits desdits gaz.
Suivant une variante, on règle également le débit du mélange sortant de la chambre de mélange en prenant soin que la chute de pression due à ce réglage soit négligeable par rapport à la chute de pression introduite par le réglage du débit de chacun des gaz.
L'invention s'étend également aux caractéristiques ci-après- décrites et à leurs diverses combinaisons possibles.
Le procédé conforme à l'invention est représenté à titre d'exemple sur les dessins ci-joints dans lesquels : - La figure 1 représente schématiqueraent le mélangeur; - La figure 2 représente schématiquement un mélangeur pour la mise en oeuvre d'une variante de l'invention; - La figure 3 représente le mélangeur de la figure 1 avec adjonction d'un mélangeur auxiliaire associé à un dispositif d'épuration.
Le mélangeur de la figure 1 se compose d'une chambre de mélange 1 recevant la canalisation 4 d'arrivée d'air, la canali- sation 6 d'arrivée de gaz combustible, la canalisation 2 de sortie du mélange.
Les canalisations 4 et 6 reçoivent respectivement un obtu- rateur 3 et 5 reliés mécaniquement entre eux. Le gaz et l'air arrivant dans la chambre de mélange 1 présentent une différence de pression dh.
Pour diminuer au maximum l'influence d'une différence de pression dh entre les deux gaz, en amont des orifices de dis tri- bution 3 et 5, différence qui est pratiquement inévitable, on fait agir de la manière suivante les obturateurs 3 et 5 qui règlent les débits des fluides à travers le .mélangeur.
Soient ha et hg les chutes de pression des fluides entre l'amont et l'aval des orifices de distributeur d'air et de gaz, on a, par exemple, puisque les pressions en aval sont les mêmes en raison du collecteur commun h,
<Desc/Clms Page number 4>
Soient maintenant Sa etSg les valeursdes sections de passade de l'air 9 et du Gaz 10 dans l'appareil, qa et qg les poids spécifiques des deux fluides et k un coefficient constant, les débits Qa et Qg des fluides sont' :
Qa- k s2#haqa et Qg=k Sg#hgqg
Si ha = hg, c'est à dire si les pressions étaient effectivement égales entre elles, le rapportdes débits présente la valeur voulue R qui est alors :
R=Sa#qa
Sg qg mais les pressions étant supposées inégales, le rapport des débits deviont R' dont la valeur est :
R'= Qa = Sa #hg+dh qa
Qg SG hg qg d'où :
R= #hg+dh+ #I+dh g+/hg dl 'Eg
Cela montre que le nouveau rapport R se rapproche d'au- tant plus de la valeur voulue R pour une différence donnée dh dans les pressions des fluides en amont des orifices, que la chute de pression hg (donc aussi ha) est plus grande. Donc, plus les chutes de pression au droit des orifices de distribution sont importantes, moins grande estl'influence de la différence dh, et meilleur est leréglage.
En conséquence, on dispose les obturateurs 3, 5 des flui- des de façon à porter au maximum ces chutes de pression provoquées par les orifices de distribution 3 et 5.
Si le mélangeur présente un dispositif de réglage dans la canalisation de sortie du mélange, on diminue le plus possible l'influence de cet obturateur, demaière à effectuer le freinage principal des débits, par les orifices de distribution, c'est-à- dire les orifices calibrés 3 et 5; figure 1, qui règlent les débits d'air et de gaz à leur entrée dans le mélangeur.
Ces orifices de distribution ont alors des sections variables et c'estpar leur variation que l'on règle les débits de l'appareil, donc la vitesse du moteur.
<Desc/Clms Page number 5>
Comme par ailleurs, on a vu que le dosage du mélange est fonction du rapport des sections de passage, on fait varier les dimensions des orifices de distribution de façon que le rapport de leurs sections obéisse à une loi prédéterminée, par exemple, qu'il reste constant quels que soient les débits de l'appareil,
Les orifices de distribution peuvent être constitués par des obturateurs quelconques, tiroirs, volets, boisseaux, sou- papes, clapets, papillons, etc... et ils sont généralement comman- dés par la pédale d'accélération, soit directement, soit par ser- vomo teur .
On peut apporter de nombreuses modifications au procédé ci-dessus décrit à titre d'exemple; notamment on peut suivant l'in- vention développer un freinage supplémentaire sur l'arrivée d'air avant l'organe de réglage du débit d'air, ce qui permet de réduire la différence de pression entre l'air et le gaz avant les organes réglant respectivement les débits d'air et de gaz. Ce freinage supplémentaire peut être réalisé par n'importe quel moyen connu, par exemple par un obturateur auxiliaire 13 (fig.2), commandé à la main et monté dans le conduit d'aspiration d'air avant le papillon 3 qui assure le réglage du débit d'air.
L'ensemble des dispositions ci-dessus s'applique à tout modèle de doseur, automatique ou non, et quelles que soient les natures des fluides dont ils ont à régler les débits (liquides ou gazeux).
Ce procédé peut être appliqué notamment à un petit mélangeur auxiliaire destiné au démarrage du moteur ou à la marche au ralenti, étant donné la haute valeur de la chute de pression qui se produit dans ce cas au droit des'orifices de distribution; la figure 3 montre la disposition schématique d'un appareil de ce genre qui comporte simplement deux obturateurs réglés une fois pour toutes : l'un 15 sur l'arrivée des gaz, et l'autre 16 sur cel- le de l'air. L'appareil est branché en 17 sur la canalisation de sortie 2 du mélangeur normal, en aval du volet d'accélération 1.
L'intervention de ce mélangeur auxiliaire peut être éliminée pendant la marche normale, si on le désire, au moyen d'un
<Desc/Clms Page number 6>
obturateur manoeuvré, par exemple, par la pédale d'accélération, de façon qu'il puisse fonctionner aussi au ralenti, concurrament ou non avec le mélangeur principal.
La mise hors circuit de ce mélangeur auxiliaire, comme aussi celle du mélangeur principal (dans la marche au ralenti ou pour lesdémarrages) peutse faire de trois façons différentes, pour la fermeture étanche d'au moins deux des trois ob turateurs placés sur l'entrée de l'air, sur celle du gaz, ou sur la sortie du mélange vers le moteur.
Pour fonctionner comme mélangeur de démarrage (starter) ce mélangeur auxiliaire 14 est mis en circuit en même temps que le mélangeur principal est rais horscircuit, au moyen d'une commande spéciale à main ou automatique.
L'invention s'étend aussi, d'une manière générale, à caractéri sé un procédé pour l'alimentation de moteurs à gaz/ parce qu'on épure le gaz servant au mélange combustible avant son mélange à l'air, de manière intermittente et facultative, cette épuration intervenant notamment lors de la marche au ralenti.
On peut par exemple réaliser ce procédé en l'appliquant à l'ensemble d'un mélangeur principal et d'un mélangeur auxiliaire comme il est représente sur la figure 3.
Dans ce cas, on dispose entre le mélangeur auxiliaire 14 et la canalisation du gaz 19 venant du gazogène un épurateur 18 destiné à parfaire l'épuration du gaz.
L'invention s'étend d'une manière générale aux procédés précédents, quels que soient les mélangeurs pour leur réalisation.
Tout fois, l'invention s'étend au ssi à un mélangeur pormattant une mise en oeuvre particulièrement simple et efficace du procédé précédent et caractérisé parce que les deux obturateurs d'air et de gaz sont conjugués en un organe unique constitué par un tiroir cylindrique creux 85 pouvant se déplacer circulairement pour faire varier dans le même rapport les sections de passai d'air et de gaz.
L'invention s'étend également aux caractéristiques ci-après décrites et à leurs diverses combinaisons possibles.
<Desc/Clms Page number 7>
Des mélangeurs pour la mise en oeuvre du procédé cidessus sont représentés à titre d'exemple sur les dessins cijoints dans lesquels : - La figure 4 représente en élévation coupe le mélangaur ; - La figure 5 représente en élévation coupe un mélan- geur auxiliaire pouvant être adjoint au mélangeur de la figure 3; - La figure 6 représente schématiquement l'installation du mélangeur auxiliaire de la figure 4 avec un dispositif d'épuration.
, Dansle mélangeur de la figure4, les deux obturateurs d'air 3 et de gaz 5 sont conjugués en un organe unique constitué par un tiroir cylindrique susceptible de se mouvoir circulairement ou longitudinalement.
Un eorps cylindrique 84, constitué par exemple par un tube dont la partie inférieure a été évasée par emboutissage, comporte intérieurement un tiroir 85 pouvant se mouvoir d'une part d'un mouvement de rotation au moyen dû levier 86 calé sur la tige 87 tournant dans un coussinet 88, lequel porte un pas de vis dont l'écrou est taraudé dans le couvercle 90 de l'appareil. Ce levier est manoeuvré par la pédale d'accélération.
Le corps cylindrique 84 et le tiroir 85 portent deux séries d'orifices : les orifices du bas servent au passage du gaz qui arrive par la tubulure 91 dans un collecteur annulaire, et les orifices du haut servent au passage de l'air qui arrive par la tubulure 92 dans un autre collecteur annulaire. Ces deux fluides pénètrent ainsi dans l'intérieur du cylindre 85 sous l'influence de la dépression exercée par le moteur à la partie inférieure du corps 84.
Le mélangeur fonctionne comme suit : lorsque la pédale d'actionnement fait tourner autour de son axe le cylindre 85, les orifices d'arrivée d'air et de gaz varient dans le même sens suivant une loi prédéterminée, par exemple de telle façon que le rapport air-gaz reste constant, ce mouvement règle le débit de l'appareil, c'est-à-dire la vitesse du moteur. Le réglage du dosage
<Desc/Clms Page number 8>
se fait en déplaçant le cylindre 85 suivant son axe, au moyen du levier 89, ce qui a pour effet de faire varier les débits d'air et de gaz en sens inverse l'un de l'autre, c'est-à-dire, par exemple d'augmenter le débit d'air tout en diminuant celui du gaz.
Ainsi, dans la position de la figure 4, les orifices d'air; sont dégagés au maximum et ceux du gaz au minimum; si on fait descendre le cylindre 85, celà diminue les passages d'air et augmente ceux du gaz.
Le mélangeur est construit de façon à être facilement démontable; le couvercle 90 est emmanché à baïonnette dans le cylindre 84; lorsqu'on l'enlève, on emmène le boisseau 85 qu'il est ainsi facile de nettoyer. Les collecteurs annulaires d'uir et de Gaz sont simplement emmanchés à frottement gras sur le cylindre 84, on peut les démonter facilement et les orienter à la demande, lors du montage de l'appareil; pour alléger celui-ci, ces collec- teurs peuvent être construits en tôle emboutie ou soudée.
Un tel appareil est avantageusement appliqué à un moteur à gaz de ville ou à tout autre gaz plus riche : acétylène, butane, etc...
Dans une autre disposition, non représentée, le dosage des deux fluides est également effee tué par un organe unique suscep- tible de deux sortes de mouvements, et disposé de façon que les deux fluides ne se uélangent pas à la sortie de l'appareil mais restent dans des canalisations séparées.
Par exemple, dans l'apparel représenté figure 4, les deux fluides à doser, au lieu de passer de l'extérieur vers l'intérieur du cylindre, passent en sens inverse; le cylindre mobile 85 comporte alors une cloison étanche entre les deux séries d'orifices, et le couvercle 80 porte des ouvertures permettant à l'air extérieur de pénétrer dans la partie supérieure du cylindre mobile 85, pour aller vers le collecteur annulaire supérieur, puis dans la tubulure 92; le gaz arrivant par la partie inférieure du cylindre 85 passe à la sortie des orifices dans le collecteur annulaire inférieur, puis dans la tubulure 91.
<Desc/Clms Page number 9>
La figure 5 montre un exemple de réalisation du petit mélangeur auxiliaire destiné au démarrage ou à la marche au ralenti et possédant un boisseau distributeur 95 ; l'air pénètre dans l'appareil par les orifices 93 et le gaz par la tubulure 94; une vis 96 permet de régler le pourcentage d'air et de gaz, tandis qu'un déplacement circulaire du couvercle 97 qui entraîne celui du boisseau par la tige 98, permet de régler la vitesse de ralenti du moteur. Le couvercle est tenu en plaoe par le ressort 99, ce qui rend l'appareil facilement démontable pour le nettoyage.
Il arrive parfois que, dans la marche au ralenti, les gaz produits par un gazogène, prinoipalement s'il. est alimenté au bois, contiennent des vapeursde goudrons ou autres, qui n'ont pas été décomposées par cracking, en raison de la baisse de température du foyer, dans la zone de réduction; pour éviter que ces gaz n'encrassent le mélangeur, on dispose en amont de celui-ci un circuit auxiliaire ayant pour but de parfaire l'épuration des gaz, circuit qui n'entre en jeu que lors de la marche au ralenti.
Un dispositif d'obturateurs de nature quelconque, qui peut être automatique ou non et commandé par exemple par la pédale d'accélération, oblige le gaz qui passe dans le circuit normal lors de la marche à plein régime, à passer à volonté par ce circuit auxiliaire, notamment dès que se produit la marche au ralenti, c'est à dire dès que la pédale d'accélération est suffisamment levée.
Ce circuit est branché sur la canalisation du gaz venant du gazogène, soit avant, soit après le filtre normal, et il aboutit au mélangeur normal ou à un mélangeur auxiliaire comme indiqué plus haut (figure 5); il est disposé de façon à provoquer une épuration et un filtrage du gaz trèspoussés, puisqu'on ne craint pas alors, d'augmenter la résistance opposée au passage du gaz,- le moteur n'ayant pas à produire de grande puissance.
A cet effet (figure 6) , l'épura leur 18 est relié à la canalisation d'amenée de gaz d'une part en amont du volet de réglage du mélangeur et d'autre part à la tubulure 94 du mélange
<Desc/Clms Page number 10>
auxiliaire de le figure 4, Cela évite lors de la marche au ralenti toute pénétration de goudron etpar suite 1'encrassement des cylindres, du dispositif d'allumage, etc...
Une application intéressante des procédés et systèmes de doseurs tels que ceux qui précèdent consiste dans le réglage des quantités de vapeurs d'eau et de gaz d'échappement à injecter dans le foyer d'un gozogène, pour provoquer des réactions endothermiques qui augmentent le rendement du générateur.
Généralement, les procédés de dosage employés à cet effet sont assez rudimentaires et consistentdans l'emploi de tubes gicleurs disposés dans des cones de venturi, ou de simples orifices non réglables. Un dispositif tel que le précédent (figure 3) permet de faire varier à volonté le pourcentage des gaz ou vapeurs d'eau introduits, en fonction des débits de l'air primaire alimentant l gazogène, soit automatiquement, soit à la main, et en fonction, soit du débit total du gazogène, soit de la température du foyer, etc...
L'invention s'applique aussi au dosage des gaz d'échappe- ment mélangésà l'air carburé alimentant un moteur à explosion, dans le but d'éviter l'auto-allumage, lorsque la compression est relativement élevée, comme cela se produit quand on alimente à l'ess:nce un moteur à gaz à haute compression, ou pour diminuer la puissance du moteur et par suite sa vitesse, tout en conservant une alimentation à pleine cylindrée, ou pour tout autre motif.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux divers modes de réalisation décrits, qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple, et elle embrasse toutes les variantes possibles.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.