BE517181A

BE517181A -

Info

Publication number: BE517181A
Authority: BE

Description

PROCEDE POUR EVITER-LA DETONATION DANS LES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE ET
DISPOSITIFS POUR L'EXECUTION DE CE PROCEDE.

Dans le fonctionnement des moteurs à combustion interne, la détonation se produit lorsque la flamme a parcouru environ les 2/3 de la distance @@ à travers la chambre et lorsque le piston approche du point mort haut, avec un angle de manivelle compris entre -1 et +5 . Des photographies de la flamme dans un cylindre muni à sa partie supérieure d'une fenêtre de verre indiquent des points de détonation situés dans une zone comprenant approximati- vement le dernier tiers du trajet de la flamme.

La fonction du plomb tétraéthyle ajouté à l'essence pour éviter la détonation est bien connue. Des raisons fondées permettent de croire que l'efficacité de ce composé est due au fait qu'il agit comme catalyseur d'oxydation et empêche la détonation en assurant plus rapidement l'oxydation pratiquement complète de la charge et particulièrement de la partie de la charge qui comme on l'a expliqué plus haut, serait sans cela particulièrement exposée à détoner.

L'addition de plomb tétraéthyle à l'essence n'est cependant pas une'solution idéale du problème. Bien qu'ajouté en proportions très faibles, ce composé est coûteux et l'essence qui le contient est vendue comme essence spéciale. Son emploi n'est pas sans inconvénients parce qu'il exerce un effet marqué et bien connu sur certaines pièces du moteur.

Que l'efficacité du plomb tétraéthyle pour supprimer la détonation puisse être ou non expliquée par la théorie qu'il fonctionne comme catalyseur d'oxydation, cette hypothèse a suggéré au demandeur la possibilité d'assurer ' l'oxydation catalytique du combustible dans le cylindre par un autre moyen plus simple et certainement plus efficace que l'addition d'un catalyseur d'oxydation à l'essence même. L'invention comprend l'introduction d'un catalyseur d'oxydation dans la chambre du piston, dans une position choisie pour oxyder la charge et particulièrement la partie de la charge qui, lorsque le piston approche du point mort haut comme expliqué ci-dessus se trouve dans la zone où la détonation se produit.

Ceci entraîne le placement d'un ou plusieurs élé-

ments de catalyseur d'oxydation à des emplacements déterminés du trajet trans- versal de la flamme, c'est-à-dire près du côté du cylindre le plus éloigné de l'emplacement, de la bougie d'allumage. L'invention sera mieux comprise par la description qui suit, faite avec référence au dessin dans lequel :
Fig. 1 est une coupe longitudinale de la partie du cylindre du moteur voisine de la tête du cylindre,comprenant des éléments de catalyseur d'oxydation,
Fig. 2 est une vue en plan prise de dessous, de la tête du cylin- dre montrant un mode d'application des éléments de catalyseur.

Fig. 3 est une vue en perspective d'un des éléments de catalyseur.

Fig. 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la Fig. 2.

Fig. 5 est une vue de détail en coupe d'un mode de fixation d'un élément de catalyseur dans son alvéole.

Le piston b animé d'un mouvement alternatif dans le cylindre 1, est représenté dans la position approximative où la détonation est la plus pro- bable, c est la tubulure d'admission du mélange air-combustible, d est l'em- placement de la bougie d'allumage. Ces éléments connus n'exigent pas de des- cription détaillée.

Près de la paroi du cylindre opposée à l'emplacement de la bougie d'allumage, la tête du cylindre o est creusée en plusieurs points de sa sur- face inférieure (trois de ces points figurent sur le dessin) pour recevoir des blocs ou éléments e de matière catalytique,,. par exemple de l'alumine acti- vée mise en pastilles et imprégnée d'oxydes de cuivre et de chrome finement divisés, N'importe quel catalyseur d'oxydation donne des résultats à un de- gré variable. On préfère utiliser la classe des catalyseurs comprenant de l'alumine, de la magnésie ou de la thorine activée imprégnée ou recouverte d'un ou de plusieurs éléments tels que le cuivre, le chrome le platine ou l'ar- gent. L'invention n'est pas limitée à l'emploi d'un catalyseur déterminé.

Les éléments de catalyseur et les alvéoles qui les reçoivent peuvent être circulaires. Les éléments de catalyseur peuvent être munis de trous f de façon à offrir une surface de contact plus importante, Chaque élément peut dépasser légèrement de la surface intérieure dela tête du cy- lindre et est muni d'une rainure transversale g dans laquelle s'étend une ban- de métallique h fixée aux deux bouts à la tête du cylindre au moyen de vis i.

Le catalyseur alumine-chrome-cuivre doit être maintenu à la tem- pérature à laquelle se produit l'oxydation, mais en-dessous de la température d'auto-allumage. Une température convenable est comprise entre 300 et 600 C.

Les conditions de température voulues peuvent être maintenues par n'importe. quel moyen approprié, par exemple par échange de chaleur entre la tête du cy- lindre et le catalyseur. Avec une cylindrée de 1000 cm3, on préfère utiliser environ 2000 mm3 de catalyseur. Il suffit de 500 mm3 pour obtenir une action relativement efficace, et on peut utiliser une quantité supérieure à 2000 mm3, cependant sans aucune nécessité. 2000 mm3 de catalyseur ne correspondent qu'à la 2/1000 e. partie de la course du piston dans un cylindre de 1000 cm3. 11 faut également prendre soin que l'élément de catalyseur ne soit pas enfoncé trop profondément dans l'alvéole ou, au contraire, qu'il n'en fasse pas trop saillie. Les dessins donneront de meilleures indications à ce sujet que des instructions verbales.

On obtiendra le résultat désiré en adoptant les dimen- sions et les proportions du catalyseur et de ses alvéoles représentés sur la
Fig. 1. Pour effectuer des expériences, on peut également modifier la posi- tion du catalyseur afin de l'amener dans la gamme de température désirée, spé- cifiée plus haut, en le montant sur un support spécial k et en réglant une vis m (voir fig. 5). Dans l'application de catalyseur à un moteur à refroi- dissement par air, la température de la tête du cylindre à 1 mm au-dessus du catalyseur a été déterminée à l'aide d'un thermo-couple et trouvée égale à 250 C. La température du catalyseur lui-même dépend de la température de la partie de la paroi ou de la tète du cylindre entourant le catalyseur.

Il n'en reste pas moins évident que la forme, la taille et l'emplacement du ca-
EMI2.1
-.........,.." --- --..-... --.1.. T - * ""',., -- ., --- - , - - -- -- t...¯-

talyseur peuvent être différents des dessins. On peut notamment adopter d'autres moyens pour maintenir le catalyseur dans une gamme de températures déterminée. Le réglage et l'agencement final les plus efficaces peuvent être trouvés par tâtonnement pour n'importe quel type de moteur, puis standardisés.

Pour mettre l'efficacité de l'invention à 2'épreuve , on utilise un moteur à refroidissement par air ayant m taux de compression égal à 5,5/1.

On fait tourner le moteur sous charge de façon à amener le nombre de tours par minute dans le bas de la gamme recommandée pour ce type de moteur. Des essais sont effectués avec de l'iso-octane dont l'indice d'octane est graduellement abaissé par addition d'heptane pur (indice d'octane 0) jusqu'à ce que le moteur commence à détoner, ce qui se produit avec le mélange de 40 parties d'heptane pur et 60 parties d'iso-octane, cette essence mélangée présentant donc l'indice d'octane 60. On place ensuite le catalyseur d'oxydation dans la tâte du cylindre et on répète le même essai.

Le moteur ne détone pas lorsqu'on ajoute 60 parties d'heptane pur à 40 parties d'iso-octane (indice d'octane 40). Les détonations ne se produisent qu'avec un mélange d'indice d'octane 35. L'application de l'invention comme décrit ci-dessus permet donc de gagner 20 points d'octane. Lorsque les conditions de fonctionnement du moteur exigent une essence à indice d'octane élevée on obtient un gain légèrement moins prononcé, mesuré en indice d'octane; mais dans tous les cas, l'élévation de l'indice d'octane est plus importante que celle qu'on peut obtenir par l'addition de la quantité habituelle de plomb tétra- éthyle à l'essence.

Le gain en indice d'octane peut être plus ou moins trompeur, parce que l'essence elle-même telle qu'elle est produite par le raffineur n'est pas améliorée-en qualité; dans le cylindre du moteur, seule est améliorée en qualité la fraction de la charge qui, au moment spécifié et à l'emplacement spécifié détonnerait sans la présence du catalyseur. En d'autres termes, il est évident que l'addition d'une matière anti-détonante à l'essence devient sans objet, puisque la partie de la charge qui cause la détonation ou est susceptible de détoner est oxydée.

Le catalyseur peut donner des résultats satisfaisants en service continu pendant un an au moins.

Le catalyseur ne doit pas nécessairement être placé dans la tête du cylindre. Il peut être placé à un endroit correspondant du piston et pourra effectuer à cet endroit l'oxydation d'une proportion plus importante de la charge, tandis qu'il sera en même.temps à l'endroit voulu pour assurer l'oxydation de la partie de la charge qui serait susceptible de détoner pour une position déterminée du piston.,
Bien que remplacement du catalyseur ne soit pas une condition essentielle de son efficacité, un endroit autre que celui prévu pouvant être efficace à un degré plus ou moins élevé, tout autre emplacement du catalyseur peut compliquer le réglage de la température assurant l'oxydation complète ou pratiquement complète de la fraction non oxydée du mélange de combustible et évitant par conséquent la détonation de façon positive.

En outre des avantages marqués de l'invention sur l'addition de matières anti-détonantes à l'essence, d'autres avantages imprévus se révèlent à l'usage.

Le moteur fonctionnant avec un catalyseur d'oxydation appliqué à la tête du cylindre, on constate que les dépôts de calamine sont pratiquement absents de la tête du cylindre, alors qu'ils étaient appréciables sans catalyseur.

En introduisant 10 cm3 de la masse du catalyseur dans la chambre de combustion, quantité équivalent à 1/100e. env. de la course du piston, on peut faire tourner le moteur indéfiniment sans recourir à l'allumage par bougie. Le rendement de la combustion est de 90%. Un thermocouple placé près-du catalyseur dans la chambre de combustion indique une température très constante de.

750 C, le moteur tournant à un régime de 2.000 tours par minute

Le rendement de la combustion est augmenté de 7 à la% ce qui correspond à une réduction de 12% de la consommation d'essence, le moteur tournant bien entendu, à la même vitesse et sous la même charge dans des essais compa- ratifs. L'économie dans la consommation de combustible est obtenue par addition dans la chambre denouvelles quantités de catalyseur d'oxydation agissant de la même manière, l'allumage étant réglé de fagon à se produire au point mort haut du piston.

L'oxydation du carburant pendant la phase de compression est suffisante pour compenser le manque d'avance à l'allumage; la réaction catalytique qui se produit pendant la phase de compression et pendant la détente, explique le meilleur rendement de la combustion,
REVENDICATIONS.

1. - Procédé pour assurer l'oxydation pratiquement complète du combustible moteur dans un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'on effectue l'oxydation d'une fraction importante du combustible par allumage à l'aide d'une bougie d'allumage et on effectue à l'intérieur du cylindre du moteur, par oxydation catalytique, une oxydation pratiquement complète de la fraction moins importante du combustible non oxydée par l'al- lumage, en maintenant le catalyseur d'oxydation à la température voulue pour l'oxydation, c'est-à-dire au-dessus de 300 C env. et en-dessous de la température d'auto-allumage, c'est-à-dire 600 C env.

2. - Procédé pour éviter ou réduire la détonation dans les moteurs à combustion interne, caractériséen ce qu'on applique un catalyseur d'oxydation à la face intérieure de la tête du cylindre, sur le trajet de la flamme et plus près de l'arrivée que du départ de cette flamme, on règle la température du catalyseur en le plaçant dans une alvéole ménagée dans la tête du cylindre à une profondeur quelque peu inférieure à l'épaisseur du catalyseur pour que l'absorption de chaleur par la tête du cylindre maintienne la tempé-- rature requise pour la réaction d'oxydation, c'est-à-dire une température supérieure à 3000C env, mais inférieure à la température d'auto-allumage, c'est- à-dire à 600 C env.

3. - Procédé pour éviter bu réduite la détonation dans les moteurs à combustion interne,caractérisé en ce qu'on allume une charge air-combustible pour oxyder la plus grande partie du combustible et on effectue par oxydation catalytique la combustion ménagée sans flamme de- la partie non oxydée du combustible dans le cylindre du moteur lorsque le piston approche de l'extrémité de sa course de compression, tandis que la flamme de la partie allumée de la charge se déplace dans le cylindre et avant qu'elle n'atteigne 1-euplacement où la détonation se produirait normalement.

Claims

4. - Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'on obtient ce résultat en oxydant catalytiquement le combustible à un endroit relativement éloigné de l'emplacement de la bougie d'allumage et relativement proche du côté du cylindre opposé à la bougie.

5. - Procédé pour éviter ou réduire la détonation dans les moteurs à combustion interne, caractérisé en ce qu'on allume la plus grande partie d'un mélange air-combustible, on oxyde une faible partie de ce mélange par un catalyseur susceptible de provoquer entre 300 et 600 C l'oxydation du mélange air-combustible non oxydé adjacent, on effectue cette oxydation à un endroit de la chambre de combustion se trouvant sur le trajet de la flamme, le catalyseur étant maintenu dans la dite gamme de températures par exposition aux gaz chauds voisins du catalyseur et absorption de la chaleur du catalyseur en quantité limitée, déterminée d'avance, par échange de chaleur avec une partie de la structure du moteur.

6. - Moteur à combustion interne,caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison avec le cylindre et le piston et avec un.dispositif d'allumage placé d'un côté'de l'extrémité du cylindre pour assurer l'oxydation d'une grande partie du combustible, un catalyseur d'oxydation appliqué à la face intérieure de la tète du cylindre sur le trajet de la flamme, placé dans une al- véole de la tête du cylindre en contact réduit avec celle-ci, de façon à être <Desc/Clms Page number 5> maintenu à une température supérieure à 300 C env. nécessaire pour la réac- tion d'oxydation,mais inférieure à 600 C env., et par conséquent à la tempé- rature d'auto-allumage par absôrption de chaleur par la tête du cylindre.

7. - Moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison avec le cylindre et le piston et un dispositif d'allumage placé près d'un côté de l'extrémité du cylindre pour effectuer' l'oxydation d'une grande partie du combustible,le trajet de la flamme étant transversal par rapport au cylindre, un catalyseur d'oxydation placé dans le trajet de la flamme et relativement près de l'autre coté du cylindre, et un dispositif maintenant le catalyseur en place, en partie dans la chambre de combustion du moteur et en partie hors de cette chambre, de façon à maintenir le cataly- seur à la température nécessaire pour la réaction d'oxydation mais en-dessous de la température d'auto-allumage, le catalyseur étant ainsi à même d'assurer une oxydation plus complète du combustible moteur au voisinage de l'emplacement du catalyseur.

8. - Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison avec le cylindre et le piston un catalyseur d'oxydation suscep- tible d'oxyder le mélange: combustible-air à une température inférieure à la température d'auto-allumage, ledit catalyseur étant placé dans une alvéole de la paroi intérieure, et occupant une partie relativement faible de la surface de la tête du cylindre, la majeure partie au moins dudit catalyseur se trouvant sous la surface de la paroi intérieure de la tête du cylindre, donc en contact limité avec cette dernière, la température voulue étant ainsi efficacement maintenue par échange de chaleur entre le catalyseur et la tête du cylindre.

9. - Moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison avec le cylindre et.'.le piston un dispositif d'allumage placé d'un côté du cylindre et un catalyseur d'oxydation susceptible d'oxyder un mélange combustible-air à une température inférieure à la température d'autoallumage, ledit catalyseur étant placé dans une alvéole à la surface d'un desdits éléments et occupant une partie relativement faible de sa surface à un endroit relativement proche du côté du cylindre opposé à l'emplacement du dispositif d'allumage.

10. - Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison avec le cylindre et le piston un catalyseur d'oxydation sur l'un de ces éléments, ce catalyseur étant d'épaisseur appréciable et logé dans une alvéole de la surface d'un de ces éléments, la profondeur de cette alvéole étant inférieure à l'épaisseur du catalyseur.

11. - Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend un cylindre et un piston, un de ces .'..'éléments étant creusé d'une alvéole, un catalyseur d'oxydation d'épaisseur appréciable dans cette alvéole, ledit catalyseur dépassant de ladite alvéole dans la chambre de combustion du moteur, en large contact avec le fluide dans la chambre mais en contact réduit avec l'élément dans lequel il est monté, de façon à conserver une quantité de chaleur suffisante pour le maintenir à la meme température d'oxydation, mais à transmettre une quantité de chaleur suffisante à l'élément pour maintenir le catalyseur en -dessous de la température d'auto-allumage.