Procédé et appareil pour former un mélange de carburant et d'air au moyen d'énergie sonique.
La présente invention concerne d'une façon générale un procédé
et un appareil pour mélanger un carburant contenant un hydrocarbure liquide, tel que l'essence, le kérosène, le carburant diesel et le carburant pour réacteurs:, avec de l'air pour former un mélange de carburant et d'air convenable pour la combustion dans un moteur à combustion interne. Plus particulièrement, l'invention concerne un appareil pour pulvériser et vaporiser un courant commandé positivement de. carburant par de l'énergie vibratoire sonique exerçant un travail sur le carburant pour le pulvériser
et le vaporiser afin d'améliorer le mélange du carburant avec l'air s'écoulant autour de l'appareil vibratoire pour former le mélange de carburant
et d'air.-
Les dispositifs pour alimenter les moteurs à combustion interne en mélange de carburant et d'air doivent satisfaire à différentes conditions, En premier lieu, le carburant doit être pulvérisé finement et être parfaitement mélangé à l'air dans toute la mesure du possible pour obtenir
la combustion la plus complète. En second lieu, le débit de carburant
ainsi que le débit d'air et leurs rapports doivent pouvoir être réglés
dans toute la plage des vitesses et des charges du moteur. Aux vitesses élevées-, un moteur nécessite plus d'air et de carburant qu'aux vitesses faibles, et aux charges élevées ils nécessitent habituellement une proportion supérieure de carburant par rapport.à l'air que dans le cas de l'absence de charge.
En troisième lieu, le mélange doit pouvoir être temporairement enrichi pendant l'accélération, et de préférence être appauvri pendant la décé-
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enrichi au ralenti pour compenser l'effet défavorable des densités faibles et la contamination importante de gaz d'échappement du fait de la combustion.
Les carburateurs classiques pour les automobiles produisent
du carburant pulvérisé à partir d'un gicleur dans le col d'un venturi qui fait partie d'un passage pour l'écoulement de l'air. La commande principale de la vitesse du moteur est effectuée en moyenne d'un papillon des gaz
situé dans le passage pour l'air. L'alimentation en carburant est maintenue
à un niveau constant dans une chambre à flotteur et le débit du carburant est réglé automatiquement par rapport au débit massique d'air déterminé par la position du papillon, en raison de la relation pression-débit inhérente établie par le venturi. Autrement dit, la pression dans le col du venturi décroît avec l'augmentation du débit d'air en provoquant une chute de pression supérieure autour du gicleur et par suite une augmentation corres-pondante du débit de carburant. Le rapport carburant/air résultant est pratiquement constant dans une plage large des débits.
Pour assurer l'enrichissement en carburant pour l'accélération, la plupart des carburateurs comportent une pompe d'accélération située directement à coté du dispositif de commande du papillon, cette pompe injectant du carburant additionnel à travers un gicleur séparé quand
le papillon est ouvert soudainement. Le besoin en carburant additionnel
au ralenti est habituellement assuré par un gicleur de ralenti séparé alimenté en by-pass à partir du conduit alimentant le gicleur principal et dont la sortie est placée dans la région de dépression importante près du bord du papillon.
Un carburateur classique a des inconvénients importants pour l'établissement du mélange carburant-air. Un carburateur classique ne pulvérise pas suffisamment le carburant liquide pour permettre une distribution complète et uniforme du carburant dans le mélange carburant-air. De ce fait, des parties du carburant se séparent du mélange et se condensent sur les parois de la tubulure d'admission pendant son passage vers
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papillon des gaz est normalement situé en aval de la section de pulvérisation du carburateur pour isoler le venturi contre les effets de la pression variable dans la tubulure d'admission. La pression dans le col
(et par suite l'action résultante de dosage du carburant) est ainsi seulement fonction du débit massique d'air à travers le carburateur. Cette position en aval du papillon a cependant un inconvénient. La détente adiabatique du mélange de. carburant et d'air pendant.son passage à travers le papillon refroidit le mélange et provoque la condensation d'une
partie du carburant vaporisé sous la forme d'un film de liquide sur la structure du papillon ainsi que sur les parois de la tubulure d'admission. Cette condensation du carburant réduit l'homogénéité du mélange
de carburant et d'air, ce qui provoque une diminution du rendement de combustion et une augmentation de la quantité de produits de combustion indésirables dans les gaz d'échappement du moteur. Quand un mélange
de carburant et d'air, insuffisamment mélangé est allumé dans un
<EMI ID=3.1> Un second inconvénient d'un moteur classique équipé d'un carburateur apparaît pendant les périodes de décélération rapide du moteur . La dépression importante dans le tubulure d'admission du
moteur pendant la décélération provoque l'arrivée d'une quantité excessive de carburant dans le moteur, ce qui augmente encore la quantité de produits d'échappement indésirables dans les gaz d'échappement.
Un troisième.inconvénient d'un moteur classique équipé d'un carburateur apparaît pendant les périodes de démarrage ou de chauffage du moteur. Pendant ces périodes, le rapport carburant/air est maintenu à
un niveau élevé par étranglement et par suite la quantité de produits indésirables, tels que des hydrocarbures non brûlés, est très élevéedans les gaz d'échappement.
Ces défauts ont plusieurs conséquences indésirables. En premier lieu, la combustion peu efficace du mélange de carburant et d'air produit par un carburateur classique se traduit par une consommation spécifique
de carburant supérieure à celle pouvant être obtenue avec une pulvérisation plus complète du carburant par un carburateur. En second lieu, et d'une façon plus importante du point de vue de la pollution de l'air, l'oxygène n'ayant pas été combiné avec le carbone dans le processus de combustion peut se combiner avec des atomes d'azote et de carbone présents aussi dans la chambre de combustion en formant des produits indésirables dans les gaz d'échappement, tels que de l'oxyde de carbone et des oxydes d'azote. De plus, le carburant n'ayant pas été combiné avec l'oxygène peut subsister dans les-gaz d'échappement sous la forme d'hydrocarbures non brûlés.
Il a été proposé d'utiliser de l'énergie sonore ou vibratoire pour obtenir une pulvérisation plus fine du carburant et par suite un mélange supérieur de carburant et d'air pour les moteurs à combustion interne.
Par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 2 908 443 décrit un dispositif mélangeur de carburant et d'air pour automobiles comportant une plaque vibrante plate faisant face vers le haut montée dans le fond d'une chambre fermée communiquant avec la tubulure d'admission du moteur. Un tube d'arrivée de carburant situé au-dessus de la plaque vibrante distribue des gouttes de carburant sur la plaque sur laquelle elles sont pulvérisées. La vapeur résultante du carburant sort ensuite
de cette chambre du fait de l'aspiration dans la tubulure d'admission pour être mélangée à l'air traversant la tubulure d'admission vers le moteur. Une soupape située dans le tube d'alimentation en carburant règle le débit de carburant vers la plaque vibrante. Il n'existe aucun moyen positif pour régler la quantité de carburant sortant de la chambre pour être mélangé à l'air circulant vers le moteur. De plus, ce dispositif peut permettre la condensation de carburant dans la chambre avant son mélange à l'air circulant vers le moteur, ce qui annule le but recherché.
D.A. Trayser et al dans un rapport intitulé "A Study of
the Influence of Fuel Atomization, Vaporization and Mixing Processes on
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Battelle Memorial Institute, Colombus, Ohio, 30 avril 1969 étudie l'influence de la forme classique d'un carburateur sur la condensation du carburant, et les mélanges résultants non uniformes de carburant et
d'air arrivant dans les cylindres d'un moteur.
Unesuggestion de l'étude de Trayser et al est de remplacer le gicleur principal d'un carburateur classique par un pulvérisateur piezoélectrique ultrasonique. Le pulvérisateur ultrasonique proposé comporte une pièce en forme de corne cylindrique en aluminium faisant face dans
la direction aval dans une région rétrécie d'un passage pour l'air. Un disque piezoélectrique monté à l'extrémité amont provoque la vibration
de l'extrémité aval de la corne sur un mode radial. Le carburant s'écoule sur le surface extérieure cylindrique de la corne à travers un cercle de petits orifices espacés autour de l'extrémité supérieure du pulvérisateur et descend en cascade vers le bord inférieur vibrant radialement où il pilvérisé et mélangé avec l'air s'écoulant à travers le passage restreint.
Dans le dispositif proposé par Trayser et al, le débit de carburant est commandé par la chute de pression fonction de la quantité d'air s'écoulant à travers la région rétrécie, comme dans le cas d'un carburateur classique. Le débit d'air est à son tour commandé par le papillon de commande desgaz, ce qui conserve l'inconvénient inhérent d'une surface de condensation du carburant en aval du dispositif pulvérisateur. Cependant, en variante Trayser et al suggèrent de supprimer le papillon
des gaz et de commander le débit d'air par un déplacement axial du pulvérisateur pour faire varier la section d'écoulement à travers la région rétrécie. Une soupape séparée pour le carburant, réglée par la tringlerie commandant la position axiale du pulvérisateur, serait nécessaire pour établir le rapport désiré de carburant et d'air dans la plage des charges.
Suivant cette variante, l'air purifié séparé pour le carburant, et des ouvertures pour l'air, seraient nécessaires pour le fonctionnement au ralenti quand le corps de pulvérisateur ferme complètement le passage restreint.
La présente invention a pour objet un appareil pour le mélange efficace de quantités commandées positivement d'un carburant liquide contenant des hydrocarbures, tels que l'essence, le kérosène,
le carburant diesel ou le carburant pour réacteur, avec de l'air pour former un mélange de'carburant et d'air convenant hautement pour la combustion efficace dans un moteur à combustion interne, l'appareil reçoit le carburant à l'état liquide, et au moyen d'énergie vibratoire sonique effectue un travail sur le carburant pour le transformer à un état hautement pulvérisé. Le carburant peut ensuite être efficacement mélangé à l'air pour former un mélange plus uniforme de carburant et d'air. L'état hautement pulvérisé du carburant favorise la vaporisation des hydrocarbures volatiles en améliorant ainsi de façon supplémentaire le mélange
du carburant à l'air.
Selon un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, l'appareil fonctionne à la place du carburateur et de la buse pour former un mélange de carburant et d'air pour la combustion dans un moteur à combustion interne. L'appareil comporte une enveloppe ou corps ayant un dispositif de commande du débit d'air à la partie supérieure pour l'admission d'un courant commandé d'air dans le corps, et une sortie à l'extrémité inférieure pour le passage du mélange de carburant et d'air formé dans le corps, soit directement dans les cylindres, soit dans la tubulure d'admission du moteur. Un transducteur sonique pouvant être excité, monté
à l'intérieur du corps, transmet de l'énergie vibratoire sonique à une sonde sonique comportant à l'extrémité inférieure des surfaces pour la pulvérisation du carburant . Le montage du transducteur à l'intérieur du corps a l'avantage supplémentaire de refroidir le transducteur par l'air circulant à travers le corps vers le moteur. Un film mince non confiné de carburant est dirigé sur les surfaces de pulvérisation à partir d'un conduit annulaire situé à l'intérieur du corps. L'énergie vibratoire sonique de la sonde sonique effectue un travail sur le film pendant son mouvement le long de la surface de pulvérisation en provoquant ainsi la pulvérisation et la vaporisation du carburant. La surface de pulvérisation est exposée au courant de l'air traversant l'appareil et le carburant pulvérisé émis à partir de la surface est mélangé efficacement à l'air
pour former un mélange de carburant et d'air hautement convenable pour une combustion efficace dans le moteur.
Le terme "sonique" tel qu'il est utilisé ne doit pas être considéré comme limitant les fréquences de vibration de l'appareil à la
plage audible, et il est utilisé pour désigner à la fois les fréquences audibles (c'est-à-dire inférieures à 20 kHz) et les fréquences ultrasoniques (c'est-à-dire au-dessus de 20 kHz). De plus l'expression "sonde sonique!' est utilisée comme expression générale dans le domaine de fréquences soniques, et quand cela n'est pas spécifié autrement, une "sonde sonique" comporte la partie de la sonde qui est appelée ci-après "extrémité sonique" ou "partie sonique".
Un appareil selon l'invention peut remplacer un carburateur classique ou un injecteur de carburant pour fournir le mélange de carburant et d'air à un moteur à combustion interne. Le dispositif de commande
de l'air et le dispositif de commande de la quantité de carburant sont
tous deux situés en amont de la surface vibrante sonique sur laquelle
a lieu la pulvérisation . Le carburant pulvérisé et l'air passent ensuite vers le moteur à combustion interne à travers des conduits classiques tels que des tubulures d'admission sans nécessiter aucun dispositif réducteur
de débit des gaz en aval du point de pulvérisation du carburant. L'appareil est de préférence monté entre le filtre à air et la tubulure d'admission du moteur à combustion interne à la place du carburateur classique,
le seul élément supplémentaire étant un oscillateur sonique excité électriquement pour fournir l'énergie vibratoire sonique au transducteur de l'appareil. Certaines modifications de la tringlerie partant de la
pédale d'accélérateur sont nécessaires pour la coupler au dispositif amont pour la sélection de la quantité d'air et de la quantité de carburant fournies par l'appareil. Comme il est indiqué ci-après, un démarrage rapide du
moteur est possible sans utiliser un dispositif d'étranglement classique.
La pulvérisation plus parfaite permet un mélange avec l'air brûlant^avec un rendement supérieur, et réduit la consommation de carburant du moteur. La quantité de produits-polluants est sensiblement réduite dans
les gaz d'échappement,, comme.il est expliqué plus en détail ci-après.
Le mélange de carburant parfaitement pulvérisé et d'air utilise les atomes d'oxygène de l'air pour la formation d'anhydride carbonique
plutôt que d'oxyde de carbone. L'anhydride carbonique est un produit de combustion relativement plus dérisable que l'oxyde de carbone et les oxydes d'azote.
La combustion plus rapide du mélange de carburant et d'air permet le réglage de la distribution d'allumage dans les.cylindres du moteur à combustion interne pour réduire le temps pendant lequel les hydrocarbures allumés sont présents dans le cylindre. Le réglage correct du temps d'allumage du mélange de carburant et d'air réduit appréciablement les produits polluants dans les gaz d'échappement, en particulier des oxydes d'azote,
car il n'est pas nécessaire d'opérer avec un excédent important d'oxygène.
Les oxydes d'azote sont produits quand la température atteint ou dépasse environ 1650[deg.]C. La production des oxydes d'azote est aussi affectée à n'importe quelle température donnée quand la durée de la combustion augmente dans le cylindre du moteur. Avec l'appareil selon l'invention, la température de pointe est appréciablement abaissée dans le cylindre
par rapport à celle résultant de l'utilisation d'un carburateur classique. De même, comme il n'est pas nécessaire d'avancer autant l'allumage, le temps disponible pour la formation d'oxyde d'azote est réduit. Finalement, la combustion plus complète des atomes de carbone réduit appréciablement le nombre d'atomes d'oxygène libre disponibles pour la combinaison avec des atomes d'azote- pour former des oxydes d'azote.
La débit de carburant sur les surfaces de pulvérisation de
la sonde sonique peut être commandé positivement au moyen d'une soupape. Pendant les périodes de décélération, comme il a été expliqué ci-dessus, contrairement au cas des: commandes analogues d'un moteur équipé d'un carburateur, la soupape réduit le débit-de carburant à la.quantité requise pour la.vitesse du moteur. De plus, un dispositif peut être utilisé, comme dans certains systèmes injecteurs, de carburant, pour provoquer l'arrêt
de l'écoulement du carburant à travers la soupape pendant la décélération jusqu'à ce que la vitesse du moteur soit tombée à une valeur prédéterminée, la quantité appropriée de. carburant pouvant alors être à nouveau fournie
au moteur. Certains avantages d'un système d'injection de carburant peuvent ainsi être aussi obtenus avec un appareil selon l'invention, tel que
la réduction d'une quantité en excédent de carburant dans le mélange de carburant et d'air fourni au moteur pendant les périodes de décélération, ce qui réduit encore les produits d'échappement indésirables dans les gaz d'échappement. La réduction de. la quantité de carburant pendant une décélération rapide est d'une grande importance, car dans de nombreux cas la suppression du carburant en excès pendant la décélération rapide peut réduire de moitié ou même plus les hydrocarbures non brûlés, l'oxyde de carbone et les autres produits polluants.
Comme il a été indiqué ci-dessus, l'invention concerne aussi un.dispositif pour distribuer le carburant en film mince sur une surface vibrante. La distribution de l'écoulement sous la forme d'un film mince assure une pulvérisation supérieure. De plus, le dispositif distributeur
de carburant a nécessairement une section de sortie restreinte qui isole
la canalisation d'alimentation en carburant contre les effets du milieu environnant à pression variable en aval de l'obturateur d'admission d'air.
Comme la soupape principale de carburant doit permettre une variation large des- débits, il est difficile de la régler avec précision pour le débit très faible de carburant au ralenti. Par suite, la soupape principale de carburant est de préférence fermée de façon serrée au.
ralenti et l'alimentation en. carburant est assurée dans cet état à.travers une soupape de by-pass commandée par dépression. Cette soupape de bypass et fermée quand il. existe une dépression importante dans la tubulure .' d'admission, par exemple pendant la décélération et le ralenti normal. Cependant, si le moteur commence à caler, la dépression dans la tubulure.- - d'admission est réduite fortement, de sorte que la soupape de by-pass est ouverte pour fournir davantage de carburant à la surface vibrante de pulvérisation.
La soupape de by-pass commandée par la dépression selon l'invention assure une fonction supplémentaire d'enrichissement en carburant
quand la dépression dans la tubulure d'admission tombe dans des conditions
de charge à l'ouverture partielle ou complète de l'obturateur de commande d'admission d'air en supprimant ainsi le plus souvent la nécessité d'une soupape.séparée d'enrichissement en carburant.
L'invention permet ainsi une pulvérisation supérieure du carburant avec une commande positive du mélange de carburant et d'air dans toutes les conditions de fonctionnement d'un moteur à combustion interne d'automobile, au moyen d'un appareil relativement simple demandant peu
de réglage.
Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite
en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente en perspective un appareil selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention,
- la figure 2 est une coupe de l'appareil de la figure 1,
- la figure 3 est une coupe à grande échelle d'une partie du manchon et de la sonde sonique de l'appareil de la figure 2,
- la figure 4 représente schématiquement l'appareil qui est utilisé en carburateur pour un moteur à combustion interne classique d'automobile,
- la figure 5 représente une sonde sonique selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention,
- la figure 6 représente une sonde sonique selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention,
- la figure 7 est une vue en perspective d'une variante de l'appareil,
- la figure 8 est une vue en élévation latérale de l'appareil de la figure 7,
- la figure 9 est une coupe suivant la ligne 10-10 de la figure 8,
- la figure 10 est une coupe longitudinale de l'appareil de la <EMI ID=5.1>
- la figure 11 est une coupe suivant la ligne 12-12 de la figure 10 et,
- la figure 12 est une coupe suivant la ligne 13-13 de la <EMI ID=6.1>
Les figures 1 et 2 représentent un appareil 20 selon un mode
de mise en oeuvre de l'invention pour un moteur à combustion interne. L'appareil 20 comporte un corps cylindrique 21 comportant une chambre d'admission d'air 22 dans la partie supérieure 23 et une chambre de mélange 24 dans la partie inférieure 25 du corps 21. Une bride 27 de la paroi extérieure 28 de la partie supérieure 23 du corps qui permet la fixation d'un filtre à air classique entourant complètement la partie supérieure 23 du corps- 21. Des orifices d'admission d'air 28 et 29 du
corps 21 sont régulièrement distribués circulairement dans la partie supérieure 23 du corps 21 pour l'entrée de l'air dans la chambre d'admission 22. La paroi 35 de la partie inférieure 25 du corps 21 forme une tuyère convergente 36. La paroi 35 de la tuyère 36 a une forme exponentielle, de la chambre 24 à l'ouverture de sortie 37 de l'extrémité inférieure du corps 21.
Une bride circulaire 38 de l'extrémité inférieure du corps 21 comporte plusieurs trous 39 pour permettre la fixation de l'appareil 20 à la tubulure d'admission d'un moteur à combustion interne en remplacement
d'un carburateur classique.
La quantité d'air traversant l'appareil à travers les orifices
26 et 29 vers la tubulure d'admission est réglée par un mécanisme de réglage du débit d'air 40 monté entre la chambre d'admission 22 et la chambre de mélange 24. Le dispositif de réglage de l'air 40 comporte une plaque inférieure fixe 41 et un disque supérieur pouvant être tourné 42. Des
trous 43 au centre de la plaque 41 et du disque 42 permettent le passage
de la sonde sonique 45. La plaque 41 est fixée à la paroi 46 du corps 21. Le disque 41 est monté sur la plaque inférieure 41 pour pouvoir tourner autour de l'axe longitudinal de la sonde sonique 45. Un bras 47 fixé au disque 42 traverse radialement une'fente 48 du corps 21. Le bras 47 est commandé à partir de la tringlerie de la pédale d'accélérateur (non représentée) pour régler la position angulaire du disque 42 par rapport
à la plaque 41.
La plaque 41 et le disque 42 ont des ouvertures correspondantes 49 et 49a pour le passage de l'air, ces ouvertures étant distribuées symétri-
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le disque 42 entre une première position et une seconde position. Dans la première position, les ouvertures de réglage 49a du disque 42 sont décalées des ouvertures correspondantes 49 de la plaque 41 pour empêcher le passage de l'air et ne laisser passer que peu d'air à travers le dispositif de commande 40. Dans la seconde position, les ouvertures 49a du disque 42
sont dans l'alignement des ouvertures correspondantes 49 de la plaque 41, de sorte qu'une quantité d'air suffisante pour assurer l'allumage et la combustion dans le moteur à grande vitesse et sous une charge élevée
peut assurer l'allumage et la combustion dans le moteur à grande vitesse et sous une charge élevée peut pénétrer dans la chambre de mélange 24. Quand le disque 42 est tourné de la première position à la seconde position, la quantité d'air pouvant traverser le dispositif de réglage 40 augmente de zéro à la valeur maximale.
Suivant le mode de réalisation des figures 2 et 4, de l'essence ou un autre carburant liquide convenant pour la combustion dans un moteur à combustion interne arrive dans un conduit annulaire pour le carburant 55 à travers un tube 56 qui est fixé dans une ouverture 57 du manchon 60 pour déboucher à l'intérieur de celui-ci. Une soupape doseuse 61 règle
ou dose la quantité de carburant passant par le tube 56 dans le conduit annulaire 55. La soupape 61 est placée aussi près que possible de l'ouverture 57 pour réduire au minimum la possibilité de vaporisation et de pulvérisation prématurées du carburant dans la partie du tube 56 comprise entre la soupape 61 et l'ouverture 57 sous l'action de la dépression dans la tubulure d'admission-ou dans le cylindre. La quantité de carburant pénétrant dans le conduit annulaire 55 à travers la soupape 61 est
réglée par le mouvement du second bras 62 actionnant la soupape 61 et traversant une seconde fente 63 du corps 21. Le second bras et le bras 47 qui commande le dispositif de réglage du débit d'air 40 peuvent être couplés mécaniquement l'un à l'autre et à la pédale d'accélérateur pour assurer une augmentation du débit d'air et une augmentation du débit
de carburant ou une réduction du débit d'air et une réduction du débit
de carburant en fonction de l'enfoncement de la pédale d'accélérateur
par le conducteur.
Le carburant est pulvérisé dans la chambre de mélange 24 par l'énergie vibratoire sonique communiquée à la sonde sonique 45 par un transducteur 65. Le transducteur 65 est monté dans le corps 21 de façon que
son axe longitudinal cotncide avec l'axe longitudinal du corps 21. Le transducteur 65 est.d'un type classique, de préférence un générateur sonique piezoélectrique standard 67 comprenant un bloc supérieur 68,
un disque en matière-céramique piezoélectrique 69, une plaque de montage intermédiaire en aluminium 70, un second disque en matière céramique piézoélectrique 71 et un'bloc inférieur 72. Cependant, d'autres transducteurs tels que des transducteurs à.magnétostriction peuvent communiquer des vibrations longitudinales soniques à la sonde sonique 45. Le transducteur 65 est excité par un oscillateur de puissance 75 dont l'impédance
est adaptée au transducteur 65.
La fréquence de 1''énergie sonique utilisée dans l'appareil
n'a pas une importance critique du point de vue de l'effet de pulvérisation. Un appareil spécifique selon l'invention a été essayé avec succès avec
des fréquence, de 20 à 40 kHz, mais la plage possible peut probablement s'étendre d'une valeur bien inférieure à 10 kHz à une valeur de 100 kHz. Du point de vue pratique, des fréquences comprises dans la plage audible
(en dessous d'environ 18- kHz) doivent de préférence être évitées pour
ne pas incommoder le conducteur.
Dans l'appareil de la figure 2, la sonde sonique 45 est montée sur l'extrémité inférieure 66 du transducteur 65, l'axe longitudinal
de la sonde 45 coïncide avec l'axe longitudinal du transducteur 65 et
avec l'axe longitudinal du corps 21. La sonde sonique 45 a de préférence une section circulaire. Le diamètre de la sonde décroissante progressivement à partir d'une partie cylindrique 80 jusqu'à une partie intermédiaire cylindrique 81 et la partie inférieure 82 de la sonde sonique 45 a de préférence une section croissant vers le bas, le diamètre de cette partie croissant exponentiellement à partir du diamètre de la partie intermédiaire
81 jusqu'au diamètre de la partie inférieure 83 de la sonde 45.
Une pièce sonique d'extrémité 85 de section circulaire est montée sur l'extrémité inférieure 83 de la sonde sonique 45. La surface extérieure en pente 86 de la pièce d'extrémité 85 est le prolongement régulier de la surface de la partie inférieure de la sonde 45, et le diamètre de la pièce sonique 85 décroît de préférence exponentiellement
du diamètre de l'extrémité supérieure 88 de la pièce sonique 85 jusqu'au diamètre d'un bord circulaire étroit, de préférence cylindrique, 89 situé
à l'extrémité inférieure de la pièce sonique 85. Suivant un mode de réalisation de pièce sonique 85, les diamètres à l'extrémité supérieure 88 et à l'extrémité inférieure 90 sont respectivement de 19 mm et 25,4 mm
et la hauteur du bord étroit 89 est de 0,8 mm. Suivant un autre mode de réalisation, le bord étroit 89 9 est'un;bord vif d'une épaisseur pratiquement nulle. La face inférieure 90 de la pièce sonique 85 se trouve de préférence dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de la sonde 45, mais cette face inférieure peut aussi avoir d'autres formes, de la façon décrite ci-après. Le jeu entre le bord 89 et la paroi courbe 35 de la tuyère 36 forme un passage annulaire 95 dans lequel le courant d'air aspiré à travers le dispositif de réglage 40 est mélangé de façon turbulente au carburant pulvérisé échappant de la pièce sonique 85 de la sonde 45.
Bien que la sonde sonique 45 et sa pièce sonique d'extrémité 85 ne soient pas nécessairement d'une construction classique, elles peuvent cependant être formées de matière plastique pour les sondes soniques. Le titane a été constaté être une matière particulièrement avantageuse pour former la pièce d'extrémité sonique 85, bien que d'autres matières légères puissent être utilisées du moment qu'elles ne sont pas affectées par le carburant et qu'elles peuvent supporter sans rupture les contraintes imposées.
Le carburant est pulvérisé par la sonde sonique 45 pendant son écoulement à partir du conduit annulaire 55 et son déplacement le long
de la surface en pente 86 et de la face inférieure 90 de la pièce sonique 85. L'ouverture ou conduit 57 pour le carburant est définie par la sonde sonique 45 et un manchon cylindrique 60 fixé au cOté inférieur de la plaque 41
du dispositif de réglage de l'air 40, l'axe longitudinal du manchon cotncide avec-*. \1 ' axe du corps 21. Le manchon cylindrique 60 a un diamètre extérieur approximativement égal au diamètre de l'extrémité inférieure élargie 83
de la sonde sonique 45. Le diamètre de la surface intérieure cylindrique 102 du manchon 60 est légèrement supérieur au diamètre de la sonde sonique 45
et il est choisi pour établir le conduit annulaire 55 entre la sonde 45
et la surface intérieure 102 du manchon. Par exemple, le jeu entre les surfaces voisines de la. sonde 45 et du manchon 60 est de préférence de l'ordre d'environ 0,0127 mm à 0,038 mm. Ce jeu peut être utilisé comme moyen primaire ou secondaire pour régler le débit de carburant, et il a été constaté que si les surfaces face à face sont en contact l'une avec l'autre, l'écoulement cesse entre ces surfaces, mais que même avec cette condition l'excitation de la sonde provoque un écoulement du moment que le carburant est sous pression. L'extrémité supérieure du conduit annulaire 55, au-dessus de l'entrée 57, est fermée par une bague torique d'étanchéité 103 logée dans une rainure circulaire 104 de la surface intérieure 102 du manchon 60, la bague étant en contact avec la sonde sonique 45.
L'extrémité inférieure du conduit annulaire 55 débouche dans la chambre de mélange 24
à travers une ouverture annulaire 105 formée entre le manchon 60 et la pièce sonique d'extrémité 85. La hauteur de l'ouverture 105 est assez
faible et de préférence de l'ordre de 0,045 mm pendant le fonctionnement.
Un dispositif peut aussi être utilisé pour régler la position dans la direction axiale du manchon 60 par rapport à la sonde 45 pour faire varier
la dimension de l'ouverture 105.
Il est facile de voie d'après la technique des sondes soniques, que les longueurs du transducteur 65, de la sonde sonique 45 et de la pièce sonique 85 peuvent varier et être adaptées pour obtenir des vibrations d'amplitude maximale à la face inférieure 90 de la pièce sonique 85, d'après
la fréquence de résonance du transducteur 65 et la vitesse de l'onde de pression dans la matière. La longueur combinée de la sonde sonique 45 et
de la pièce sonique 85 peut être un nombre entier de demi-longueurs d'onde
à la fréquence de résonance du transducteur 65 si l'interface entre le transducteur 65 et la sonde sonique 45 se trouve à un point nodal (c'està-dire un point antinodal de la vitesse). Pour réduire au minimum l'échauffement et l'usure par abrasion de la bague torique 103,cette bague peut
être placée à un point nodal de la vitesse de la sonde sonique 45. Suivant
un mode de réalisation préféré de l'appareil, il est désirable du point
de vue du fonctionnement de réduire au minimum la longueur de la sonde sonique. Par suite, la plaque en aluminium 70 du transducteur 65 sert
comme support nodal pour le transducteur 65 et la distance entre la face infé-
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de la vibration de la matière de la sonde à la fréquence de résonance du transducteur 65. Suivant ce mode de réalisation, la pièce sonique d'extrémité vibre avec l'amplitude maximale. La bague torique est située approximativement à un quart de longueur d'onde à partir de la face inférieure 90 de la pièce sonique d'extrémité 85.
Comme il a été indiqué ci-dessus, un appareil selon l'invention peut remplacer le carburateur classique d'un moteur à combustion interne
à pistons d'une automobile. La figure 4 représente schématiquement l'association de l'appareil des figures 1 à 3 à un moteur 120. L'appareil 20 est raccordé au moteur 120 entre le filtre à air 121 et la tubulure d'admission 122. Le dispositif de réglage du débit d'air et la soupape
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pédale d'accélérateur 123 par une transmission 124. Quand la pédale 123
est enfoncée, la transmission 124 provoque l'ouverture du dispositif
de réglage de l'air 49 d'une quantité commandée pour l'admission d'air dans la chambre de mélange 24, qui provoque le dosage par la soupape 61 de la quantité appropriée de carburant vers le conduit annulaire 55. L'oscillateur
75 excite le transducteur 65 pour la transmission d'énergie vibratoire sonique à la pièce sonique d'extrémité 85. L'air traversant la chambre de mélange 24 est mélangé au carburant hautement pulvérisé échappant de la pièce sonique 85 et ce mélange de carburant et d'air passe à travers la tuyère 36 et la tubulure d'admission 122 vers le cylindre 125 voulu du moteur 120 dans lequel le mélange est allumé.
Un appareil construit selon la figure 2 a été monté sur un moteur d'automobile fonctionnant avec des quantités voisines de la condition stoechiométrique d'air et de carburant. Le mélange le plus uniforme de carburant et d'air se traduit par une combustion plus complète du carburant ainsi qu'il ressort d'essais préliminaires indiquant des valeurs très faibles'de produits de combustion incomplète telles que de l'oxyde de carbone et des hydrocarbures non brûlés, dans les gaz d'échappement.
De plus, la teneur en oxydes. d'azote de gaz d'échappement a été faible parce que la plus grande partie de l'oxygène de l'air d'alimentation a
été consommée.par la combustion efficace du carburant réduisant substantiellement la quantité d'oxygène disponible pour la combinaison avec l'azote ^atmosphérique. La quantité d'oxydes d'azote est faible aussi en raison de la température maximale plus réduite des gaz de combustion et de la
faible durée de. séjour des gaz de combustion à des températures élevées, comme il a été indiqué ci-dessus.
En plus de la réduction de la pollution de l'air, l'utilisation d'un appareil selon l'invention à la place d'un carburateur classique apporte le'bénéfice supplémentaire d'une économie de carburant en raison
de la combustion efficace du mélange plus uniforme de carburant et d'air.
Il sera noté que l'invention concerne l'application d'énergie sonique à un film mince de carburant liquide et l'utilisation d'un conduit sensiblement non restreint jusqu'au moteur en aval de la surface de pulvérisation, les quantités d'air et de carburant étant commandées en amont de-cette surface.
Il apparaît que la forme d'un appareil selon ce mode de mise
en oeuvre de l'invention et en particulier la façon de présenter les carburantes liquides à la surface de pulvérisation et la relation de cette surface et le courant d'air a un effet appréciable sur le- degré de pulvérisation. Cela ressort plus particulièrement de la figure 3' qui représenta en coupe à grande échelle la partie comportant la pièce sonique d'extrémité de l'appareil de la figure 2. Ainsi qu'il ressort de la figure 3, un film mince de carburant 110 s'écoule à partir du conduit annulaire 55
à travers l'ouverture annulaire 105 située entre le manchon 60 de la
pièce son-!que 85 et la surface de pulvérisation en pente 86.
Comme les vibrations soniques de la sonde sonique sont longitudinales, seule la composante à la surface 86 perpendiculaire à l'axe de la sonde exerce un travail sur le film de liquide. Par suite, il est désirable que la surface 86 soit largement évasée, de préférence jusqu'à
un angle de 90[deg.], dans la région voisine du bord circulaire 91.
De plus, il est important que le carburant s'écoulement sous la forme d'un film mince et reste en contact avec la surface de pulvérisation pendant un temps suffisant pour recevoir une énergie suffisante pour la pulvérisation et la vaporisation avant l'entrée du carburant dans le courant d'air. Ce résultat est obtenu en réglant le jeu entre le manchon 60 et
la pièce sonique 85 de façon à obtenir un film mince, et en dirigeant le courant d'air contre la surface de pulvérisation 86 et à côté du bord circulaire 89. Le jeu nominal entre le manchon 60 et la pièce sonique 85 peut être, par exemple, de 0,045 mm de façon que l'épaisseur maximale du film de liquide soit en ce point de 0,045 mm de façon correspondante.
Pendant que le film 110 avance le long de la surface de pulvérisation en pente 86, la pression statique du courant d'air tend à
le maintenir contre la surface vibrante, de sorte que celle-ci continue
à effectuer le travail et à augmenter l'énergie du liquide. Il est estimé que l'énergie vibratoire sonique réduit l'épaisseur du film 110 et pulvérise continuellement le film jusqu'à ce que le film ait probablement,
aux bords circulaires 89 de la pièce conique 85 une épaisseur de plusieurs molécules seulement. Il est de plus supposé que la plus grande partie
du film très-mince de carburant 110 échappe à l'état hautement pulvérisé
de la pièce sonique 85 au bord ou près du bord 89, bien qu'une petite quantité puisse s'écouler autour du bord vers la partie centrale de la face inférieure de la pièce sonique 85 où le carburant est déchargé ou
émis de façon analogue.
D'autres caractéristiques d'appareils selon ce mode de mise
en oeuvre préféré de l'invention apparaissent par suite être un effet cumulatif améliorant considérablement la vaporisation consécutive et le mélange intime du carburant et de l'air du courant. Par exemple, le carburant hautement pulvérisé émis à partir de la pièce sonique 85 est mélangé à l'air au passage devant le bord 89 et ensuite à travers l'ouverture annulaire 105 située entre la pièce sonique 85 et la paroi 35 de la tuyère 36. La surface de la section en tuyère 36 converge de préférence exponentiellement pour provoquer un écoulement sensiblement laminaire du courant d'air à côté de la paroi du col de la tuyère. Cet écoulement laminaire réduit le contact du carburant pulvérisé et vaporisé dans le mélange de carburant et d'air avec la paroi 35 pour minimiser la condensation du carburant sur la surface relativement froide de cette paroi.
En même temps, l'écoulement convergent a tendance à provoquer un mélange intime du carburant pulvérisé et de l'air. De plus, le mélange s'écoulant à travers à tuyère 36 est soumis à l'énergie sonique rayonnée par la surface de la pièce sonique 85. La région de la tuyère, ainsi que le passage de la tubulure situé en dessous, forment ainsi une région soumise à l'énergie sonique par laquelle l'énergie sonique rayonnée par. la face de
la sonde assure un travail supplémentaire sur le mélange pour pulvériser
et vaporiser de façon supplémentaire le carburant et pour le mélanger plus complètement à l'air. Comme il a été indiqué ci-dessus, le mélange est encore amélioré par l'écoulement tourbillonnaire de l'air. le mélange est de
plus amélioré par l'écoulement tourbillonnaire de l'air provoqué par les ouvertures ou lumières 49, 49a pouvant être des ouvertures en arcs, de la plaque 41 et du disque 42. Il est considéré aussi que les vibrations
soniques rayonnées à partir de la face de la pièce sonique 85 sont aussi transmises à travers la tubulure d'admission dans les cylindres pendant
que les soupapes d'admission sont ouvertes. Ces vibrations dans les
passages et les chambres en aval des zones de mélange servent aussi à maintenir l'homogénéité du mélange et à provoquer un mélange à carburant vaporisé plus efficace comme conducteur de la chaleur d'après le phénomène physique bien connu suivant lequel un fluide vibrant est meilleur conducteur de l'énergie. Par suite, il résulte de toutes les caractéristiques indiquées ci-dessus d'un appareil selon l'invention que le carburant liquide est émis initialement sous une forme hautement pulvérisée et vaporisée,, mais aussi que sa vaporisation et son mélange sont ensuite augmentés et que la condensation est minimisée.
La figure 5 représente une partie d'une sonde sonique 190 suivant un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, qui dans l'ensemble est similaire à la sonde sonique 45 de la figure 2, sauf qu'une seconde pièce sonique d'extrémité 191 dépasse vers le bas de la face inférieure 92 d'une extrémité sonique 193. La seconde pièce sonique 191 a une section transversale circulaire dont le diamètre crott exponentiellement de la partie supérieure 194 jusqu'à la face inférieure 195. Le carburant s'écoulant à travers le passage annulaire 197 s'écoule le long de la surface 192, et aussi vers le bas le long de la surface en pente 196 de la seconde pièce sonique 191.
La figure 6 représente une sonde sonique 210 suivant un autre mode de mise en oeuvre de l'invention qui comporte plusieurs canaux secondaires 211 pour le carburant entre un passage central 214 et des ouvertures 212 débouchant à la surface inférieure 213 de la sonde sonique 210.
Des essais ont été effectués avec une automobile Mercedes Benz modèle 220 de 1970 comportant une botte de vitesses standard. Ces essais ont été effectués en utilisant un dynamomètre à frein hydraulique Clayton réglé pour absorber 12CV vapeur à 80 km/h. Les essais ont été effectués avec un appareil selon l'invention à la place d'un carburateur classique. Dix essais minutés, simulant différentes conditions sur route, ont été effectués. Des échantillons de gaz d'échappement ont été prélevés. pour chaque essai et ont été analysés pour déterminer les quantités d'oxydes d'azote, d'oxyde de carbone et d'hydrocarbures, les résultats étant donnés par le
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pour les autres essais. Tous les essais d'accélération ont été effectués pour déterminer le temps nécessaire pour atteindre la vitesse désirée. Les temps d'échantillonnage pendant les essais de décélération ont été commandés par la charge du dynamomètre pour ralentir le véhicule.
Les résultats d'essais au dynamomètre du véhicule équipé d'un carburateur courant sont donnés par le tableau II ci-après pour permettre la comparaison. Le moteur du véhicule.d'essai présentait des problèmes
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du taux de compression très élevé de 12,5/1. Le moteur a aussi été équipé d'un dispositif. Chrysler "clean-air" qui établit des réglages d'angle d'allumage de 45[deg.] avant le point mort haut. et de 9[deg.] après le point mort haut. On pouvait par suite prévoir des pourcentages faibles en oxyde
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dans les gaz d'échappement en raison des pressions et des températures résultant des compressions élevées. Ces prévisions sont montrées par les
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que l'appareil selon l'invention permet des réductions substantielles des' '
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Les figures 7 à 12 représentent un appareil selon un autre mode
de mise en oeuvre de l'invention qui comporte un nouveau dispositif pour commander positivement l'alimentation en carburant et en air dans toutes
les conditions de charge et de vitesse. Un appareil selon ce mode de réalisation a été monté sur un moteur d'automobile et a fonctionné de façon satisfaisante à la fois en laboratoire et sur route. Les analyses des
gaz d'échappement montrent les résultats nets des teneurs en oxyde de carbone, en oxydes d'azote et en hydrocarbures non brûlés par comparaison avec les résultats obtenus en utilisant un carburateur classique.
L'appareil suivant le mode de réalisation des figures 7 à 12 "importe un bloc 310 avec un corps principal 312 et un conduit d'admission 314 formant un passage intérieur 316 avec une entrée 318 pour l'air et une sortie 320 pour le mélange de carburant et d'air. Le conduit d'admission 314 est muni d'un obturateur d'admission des gaz tel qu'un obturateur rotatif 322 monté pour tourner entre une position d'ouverture et une position de.fermeture sous l'action d'un bras de levier 324.
Le corps principal 312 de l'enveloppe 310 comporte des parois latérales 326 de préférence de section transversale intérieure circulaire, une paroi d'extrémité relativement épaisse 328 et un fond percé et taraudé 330 pour la fixation par des vis à une tubulure d'admission 331 à bride d'un moteur à combustion interne. Le diamètre intérieur de la tubulure d'admission 331 est de préférence inférieur au diamètre de la surface intérieure
de la paroi latérale 326 pour établir un passage restreint pour augmenter
les turbulences et améliorer le mélange de carburant et d'air.
A L'intérieur du corps 310 est monté un transducteur électro-
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des cristaux piezoélectriques 336 et 338 séparés par un anneau en laiton 340 et une sonde acoustique en aluminium 344 de section décroissante elliptiquement ou paraboliquement jusqu'à une pièce d'extrémité à grande vitesse 344 de' diamètre plus faible que la partie supérieure. L'extrémité supérieure de la sonde acoustique 342 comporte une bride 333 pour la fixation du transducteur 332 dans une rainure 335 entre la partie supérieure 337 et la partie inférieure 339 du corps 312. La bride 333 comporte une série circulaire de trous 337 pour le passage de l'air à travers la partie supérieure de l'entrée 318 pour sa circulation autour des cristaux piezoélectriques afin de les refroidir.
� L'anneau en laiton 340 est connecté par un conducteur électrique 341 à une borne de la sortie d'un oscillateur électronique de puissance de forme classique dont l'autre borne est connectée à travers la masse à la bride 333 et par suite à travers une vis de compression 339 au bloc supérieur 334 du transducteur. Par suite, la face supérieure du cristal piezo� électrique 336 et la face inférieure du cristal 338 sont au potentiel de la masse et la face inférieure et la face supérieure des cristaux sont connectées à la sortie haute tension en courant alternatif de l'oscillateur.
Une autre façon possible d'obtenir un bon contact électrique entre les cristaux à la place de l'anneau en laiton 340 et permettant un couplage acoustique encore meilleur consiste à coller les deux cristaux l'un à l'autre en utilisant une colle en résine époxyde contenant suffisamment de métal en poudre, de préférence d'argent, pour établir une liaison conductrice.
Les dimensions des éléments du transducteurs 332 sont choisies pour que la distance axiale entre l'extrémité supérieure du bloc supérieur 334 et le plan passant au milieu de la bride 333 corresponde à un quart de longueur d'onde à la fréquence de l'oscillateur et que la distance axiale entre la bride 333 et la pièce d'extrémité 344 de la sonde-acoustique 342 soit aussi l'équivalent du quart de la longueur d'onde. La longueur d'onde total.du tranduscteur 332 est ainsi.. d'une demi-longueur d'onde.
Si les cristaux 336 et 338 sont montés pour que la face inférieure du cristal 336 ait la même polarité que la face supérieure du cristal 338, ils subiront simultanément des dilatations-et des contractions en réponse
au courant alternatif de l'oscillateur. Comme les deux cristaux sont du
même cOté de la bride de montage suivant ce mode de réalisation le transducteur vibre longitudinalement avec un noeud de vitesse à la bride 333
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de la sonde. Comme l'extrémité de section décroissante de la sonde 342 agit en corne inversée ou en transformateur de vitesse, l'amplitude des vibrations de l'extrémité 344 est bien supérieure à celle des vibrations de l'extrémité supérieure du transducteur.
Un disque mince 346, de préférence en titane, est fixé rigidement à la sonde 344 par un goujon 343 et un écrou 345 pour présenter une surface vibrante 348 pour la pulvérisation et le mélange d'un film mince de carbu-
- rant dans le courant d'air circulant à travers le passage intérieur 316. Le disque 346 comporte de préférence un bord biseauté 350 formant un angle aigu avec la surface 348 pour augmenter la projection vers le haut et
vers l'extérieur des particules de carburant dans le courant d'air. La dimension du disque 346 par rapport aux diamètres intérieurs de la paroi latérales 326 et de la sortie 322, et sa distance par rapport à l'extrémité inférieure 330 influent sur la perfection du mélange de carburant pulvérisé et d'air.. Une relation optimale entre ces dimensions peut être obtenue expérimentalement pour un moteur donné.
A titre d'exemple, suivant un mode de réalisation pratique d'appareil.selon ce mode de mise en oeuvre, le disque 346 a un diamètre extérieur de 31 mm et une épaisseur de 0,72 mm. La superficie de travail
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contibue en partie à l'action de pulvérisation. Une pulvérisation hautement efficace a été obtenue avec une fréquence d'oscillateur de 20,3 kHz.et une puissance mesurée à l'entrée des cristaux piezoélectriques légèrement inférieure à 4 W. Cela montre que la forme suivant ce mode de réalisation permet
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une pulvérisation exceptionnellement efficace.
Le carburant est.envoyé sous pression par une pompe à carburant
non représentée et une canalisation 347 à un raccord d'entrée 352 d'un
conduit 354 d'un bloc 356 fixé sur le coté du corps 312. Le conduit 354 communique avec un corps de soupape à carburant 358 solidaire du bloc 356
et avec un tube court 360 fixé à travers la paroi latérale 326, un tube flexible 362 fixé de façon étanche au tube 360 et à un second tube court 364 fixé à un dispositif pour distribuer le carburant sous la forme d'un film mince sur la surface vibrante 348.
En considérant plus particulièrement les figures 10 et 11,
le dispositif distributeur comporte un élément annulaire tubulaire 366
monté à ajustage glissant autour de la pièce d'extrémité 344 de la sonde acoustique 342. Un dispositif de rappel tel qu'un ressort hélicotdal 368 maintient une extrémité de l'élément annulaire 366 en contact dans la direction axiale avec la surface vibrante 348. Un passage annulaire 374
de l'élément annulaire 366 communique avec l'extrémité du tube court 364
pour distribuer le carburant circulairement de façon uniforme vers des ouvertures espacées circulairement 370 de la surface-372 de l'élément annulaire pour le passage vers l'extérieur sous la forme d'un film mince le
long de la surface vibrante 348.
Pour établir un espace pour l'écoulement vers l'extérieur du carburant entre la surface circulaire de l'élément annulaire 366 et la
surface 348, en particulier dans le cas d'un ressort 368 raide, une
partie de la surface circulaire située radialement vers l'extérieur à
partir des trous 370 peut être légèrement dépouillée pour établir un jeu faible entre la surface annulaire 372 et la surface 348, le jeu débouchant radialement à l'extérieur (figure]2). L'épaisseur du jeu ne doit pas dépasser 0,024 à 0,048 mm pour assurer l'écoulement vers l'extérieur du carburant
sous la forme d'un film mince.
Dans la pratique, il a été constaté qu'aucune dépouille n'est nécessaire et que le dispositif peut fonctionner, au moins en position verticale, avec l'élément annulaire 366 reposant simplement sur la surface 348 sans aucun ressort. Un jeu suffisant pour l'écoulement du carburant est
établi entre la surface annulaire de l'anneau et la surface vibrante par
les vibrations de cette surface 348.
La quantité de carburant passant par le conduit 354 est commandée par une soupape à carburant, telle qu'une soupape à aiguille inversée 376 montée dans le corps de soupape 358 et comportant une tige longue 378 dépassant du bloc 356, traversant une bague 380, et se terminant par une extrémité
en fourche 382. Un soufflet cylindrique 384 entoure coaxialement la
tige de soupape 378 et il est fixé de façon étanche au corps de soupape 358 pour former une chambre à volume variable communiquant avec le raccord 352
et avec l'entrée de la soupape 376. L'autre extrémité du côté 384 est fixée de façon étanche à un disque 386 fixé à la tige de soupape 378. Un ressort hélicoïdal 388 placé à l'intérieur du soufflet 384 repousse un galet suiveur de came 390, monté dans l'extrémité en fourche 382 de la tige de soupape 378, contre un dispositif tel qu'une came coulissante 392 pour modifier simul-' tanément la section de passage à travers le corps de soupape à carburant 358 et le volume du soufflet 384 par déplacement axial de la tige de soupape 378.
Le mouvement de la came 392 est synchronisé avec le mouvement
de l'obturateur d'admission d'air 322 par une bielle 394 et des bras 395
et 397 reliant la came 392 au bras de levier 324. Le mouvement de la came
392 est synchronisé à celui de l'obturateur 322 dans une condition de charge donnée. Si l'appareil selon l'invention est utilisé pour un moteur d'automobile, les positions de l'obturateur d'admission d'air et de la
came sont commandée)par une bielle 396 articulée à la came 392 et à un levier de renvoi 399 pour la commande par la pédale d'accélérateur (non représentée) par l'intermédiaire d'une tringlerie convenable.
Sur les figures 7 et 10 l'obturateur d'admission d'air 322 et
la soupape à carburant 376 sont représentés fermés (même quand il est nominalement fermé, l'obturateur 322 est légèrement ouvert pour permettre l'entrée d'une quantité suffisante d'air pour la marche au ralenti du moteur). Il est facile de voir qu'un déplacement en sens inverse des aiguilles d'une montre du bras de levier 324 tend à ouvrir l'obturateur 322 et la soupape
à carburant 376 et à raduire le volume du soufflet 384. Inversement,
quand l'obturateur 322 et la soupape à carburant 376 sont ouverts, le. mouvement dans le sens des aiguilles d'une montre du bras de levier 324 provoque la fermeture de l'obturateur et de la soupape et la dilatation du soufflet 384.
Comme le soufflet 384 communique à son extrémité intérieure avec le conduit d'arrivée du carburant 354, il constitue un réservoir et agit
en pompe d'accélération pour fournir du carburant additionnel au moment de l'ouverture de la-soupape. Comme le soufflet 384 communique avec le conduit principal d'alimentation en carburant au lieu de- communiquer avec un conduit de by-pass et un gicleur séparé, contrairement au.cas d'une pompe d'accé- <EMI ID=19.1> fermeture de la soupape 376 et par suite dérive momentanément le courant
de carburant par rapport au dispositif distributeur de carburant.
Cette fonction supplémentaire est très avantageuse parce qu'elle arrête efficacement l'écoulement du carburant vers le moteur dès que l'obturateur d'admission d'air 322 commence à être fermé, ce qui évite l'enrichissement transitoire se traduisant par un retour de flammes et
la formation de produis polluants fréquents avec les carburateurs classiques en cas de décélération brusque. De plus, quand la soupape 376 est fermée, le passage du carburant vers le moteur est arrêté positivement.
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le passage du carburant ne peut pas être complètement coupé quand l'obturateur d'admission d'air 322 est fermé, si le moteur doit tourner au ralenti quand cet obturateur est fermé comme c'est le cas pour un moteur d'automobile. Il est.difficile de régler la soupape 376 pour doser à la fois des débits. importants faibles de sorte que l'utilisation d'une seule soupape pour le fonctionnement à la fois à grande vitesse et au ralenti n'est pas satisfaisante. Ce problème peut être résolu en incorporant une soupape de by-pass 398 pour l'alimentation en carburant pour le ralenti.
Un. passage 400 et un passage de sortie 402 connectent le corps de-soupape 398 en parallèle avec le corps de soupape principale 358. Une petite soupape à. aiguille inversée 404 est montée dans le corps de soupape auxiliaire 398 et comporte une tige de soupape longue 406 dont l'extrémité extérieure est fixée à une membrane flexible 408 dont le bord <EMI ID=21.1>
La tige de soupape 406 est déplacée axialement pour ouvrir ou fermer la soupape à aiguille 404 en fonction d'une pression différentielle sur la membrane.408. La soupape 404 est normalement rappelée en position d'ouverture-par un ressort hélicoïdal 414 situé entre la membrane et la soupape. Un tube de dépression 401 fait communiquer la tubulure d'admission
du moteur avec un orifice débouchant dans la capsule 410 du côté de la membrane 408 opposé à celui de la soupape 404, de sorte que ce. coté de
la membrane est exposé à la dépression de la tubulure d'admission. La .. chambre formée entre l'autre côté de la membrane 408 et l'extérieur de
la capsule 410 peut être fermée de façon étanche avec-une certaine pression positive, et de préférence peut communiquer avec l'atmosphère.
La distance axiale entre la membrane 408 et le siège de soupape du corps de soupape auxiliaire 398 peut être réglée peur que la soupape à aiguille
404 porte-presque sur son siège pour la dépression dans le tubulure d'admission dans les conditions de ralenti, qui peut être typiquement comprise entre
290 et. 576 mm de mercure. Si le.moteur commence à s'arrêter, la dépression . dans la tubulure d'admission est réduite fortement, de sorte que la soupape à aiguille 404 est ouverte pour le passage de carburant additionnel. Par contre, si le moteur commence à tourner trop vite, la dépression dans la tubulure d'admission augmente parce que l'obturateur d'admission d'air 322 est fermé, ce qui provoque la fermeture de la soupape à aiguille 404 et l'arrêt du passage de carburant jusqu'à ce que la dépression soit à nouveau réduite dans la tubulure d'admission.
La soupape à aiguille commandée par la dépression 404 assure
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à réglage fixe des régulateurs classiques. La soupape à aiguille 404 contribue aussi à un enrichissement en carburant dans des conditions en charge. Comme il a été indiqué ci-dessus, pour un réglage donné de l'obturateur d'admission d'air, la vitesse du moteur décroît avec l'augmentation de la charge. Les pistons aspirent par suite moins d'air par minute dans les cylindres et la dépression est réduite dans la tubulure d'admission. L'écoulement du carburant à travers la soupape principale à carburant 376
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de l'obturateur d'admission d'air. Cependant, la soupape auxiliaire à aiguille
404 est. ' ouverte du fait de la chute de la dépression dans la tubulure. d'admission pour le passage de carburant additionnel vers le dispositif distributeur 366.
Pour certaines applications, il peut être désirable de commander la soupape principale de carburant selon l'invention par un dispositif répondant plus précisément au débit d'air à travers l'appareil plutôt
que par la connexion mécanique directe à l'obturateur d'admission d'air.
Par exemple, le débit constant de carburant à travers la soupape 376,établi pour des réglages déterminées de l'obturateur d'admission d'air de l'appareil des figures 7 à 12,produit des rapports supérieurs de carburant d'air pour les charges croissantes avec en fait enrichissement du mélange. Conjointement avec le débit augmenté à travers la soupape auxiliaire 404,
il peut en résulter un mélange trop riche pour la combustion optimale
avec une augmentation de l'émission de produits polluants.
Le commande du débit à travers la soupape 316 en fonction directe du débit d'air peut être obtenue en remplaçant par le dispositif de commande du type à pression le mécanisme à came et suiveur de came représentés. Les pressions au col d'un venturi monté dans le conduit d'admission 314 en amont de l'obturateur d'admission d'air 322 sont proportionnelles au débit d'air, et ces pressions peuvent être utilisées pour faire fonctionner un dispositif de commande du type à pression pour
la soupape 376 d'une façon similaire à celle utilisée dans des carburateurs classiques du type à pression pour les moteurs d'avion à pistons suralimentés.
Il sera noté que de nombreuses variantes, de formes et de dispositions des appareils décrits ci-dessus sont possibles conformément à l'invention. Par exemple un levier de renvoi peut remplacer la came 392 et
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de même un piston et un cylindre peuvent remplacer la membrane 408 et la capcule 410, pour ne citer que quelques cas. De plus, il doit être compris que les arrangements mécaniques des appareils représentés sont dans une certaine mesure schématiques pour simplifier et que des modifications évidentes peuvent être nécessaires pour permettre l'assemblage et le réglage d'un appareil réel selon l'invention.
Comme il a été indiqué ci-dessus, un appareil selon l'invention convient pour fournir un mélange d'essence et d'air hautement efficace pour la combustion dans les cylindres d'un moteur à combustion interne àpistons. D'une façon similaire à celle décrite ci-dessus, du carburant injecté peut être efficacement mélangé à l'air avant la combustion
du mélange d'air et de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à réaction. Un appareil selon l'invention peut aussi être utilisé pour pulvériser et vaporiser le carburant diesel pour la combustion dans un moteur diesel.
Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que on-sorte de son cadre.
TABLEAU,
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REVENDICATIONS
1. Procédé pour alimenter un moteur à combustion interne en mélange combustible en quantité variant avec la demande de puissance au moteur, caractérisé par l'envoi d'une quantité variable de carburant liquide en proportion convenable pour la demande de puissance du moteur sur une surface pouvant être excité.et pour son écoulement sur cette surface, l'entraînement de cette surface en vibration a des fréquences soniques avec une énergie suffisante pour provoquer la pulvérisation et la vaporisation du carburant s'écoulant sur la surface, l'envoi d'un courant variable d'air vers cette surface, la variation de ce débit d'air étant proportionnelle à la demande de puissance du moteur à combustion interne,
et l'envoi du mélange combustible de carburant pulvérisé et d'air au moteur à combustion interne sans utiliser de papillon des gaz entre la surface excitée et le moteur, afin que le mélange de carburant et d'air s'écoule vers le moteur à combustion interne sans qu'il y ait de variation de la section globale
de passage afin de minimiser la condensation de carburant liquide à partir du mélange combustible.
2. Appareil pour alimenter un dispositif de combustion en mélange combustible formé de carburant liquide pulvérisé et vaporisé et d'air, caractérisé par une surface de pulvérisation du carburant pouvant être excitée, une source d'énergie sonique pour fournir de l'énergie sonique à la surface de pulvérisation afin de l'exciter, un dispositif pour diriger le carburant liquide sur
la surface de pulvérisation excitée, ce dispositif étant variable et fournissant une quantité variable de carburant liquide à la surface de pulvérisation, un dispositif pour'diriger un courant d'air à côté de la surface de pulvérisation,
ce dispositif étant réglable pour faire varier la quantité d'air, et un conduit entre la surface de pulvérisation et le-dispositif de combustion, ce conduit
ne comportant pas de restriction et conservant une section transversale globale
de passage fixe prédéterminée, afin que le carburant pulvérisé soit mélangé avec le courant d'air pour former un mélange combustible et que les quantités de carburant et d'air soient variées en amont de la surface de pulvérisation et que le courant d'air et de carburant vaporisé soit dirigé vers le dispositif de combustion sans réduction de la section de passage dans le conduit.
A method and apparatus for forming a mixture of fuel and air using sonic energy.
The present invention relates generally to a method
and an apparatus for mixing a fuel containing a liquid hydrocarbon, such as gasoline, kerosene, diesel fuel and jet fuel :, with air to form a mixture of fuel and air suitable for combustion in an internal combustion engine. More particularly, the invention relates to an apparatus for atomizing and vaporizing a positively controlled current of. fuel by sonic vibratory energy working on the fuel to atomize it
and vaporize it to improve the mixing of the fuel with the air flowing around the vibratory device to form the fuel mixture
and air.
Devices for supplying internal combustion engines with a mixture of fuel and air must meet different conditions, First, the fuel must be finely atomized and be thoroughly mixed with air as far as possible to obtain
the most complete combustion. Second, the fuel flow
as well as the air flow and their ratios must be adjustable
over the entire range of engine speeds and loads. At high speeds - an engine requires more air and fuel than at low speeds, and at high loads they usually require a higher proportion of fuel to air than in the case of no load .
Third, the mixture should be able to be temporarily enriched during acceleration, and preferably be depleted during decay.
<EMI ID = 1.1>
enriched at idle to compensate for the unfavorable effect of low densities and significant contamination of exhaust gases from combustion.
Conventional carburetors for automobiles produce
fuel sprayed from a nozzle into the neck of a venturi which is part of a passage for the air flow. The main control of engine speed is effected by an average of a throttle valve
located in the air passage. Fuel supply is maintained
at a constant level in a float chamber and the fuel flow is adjusted automatically relative to the air mass flow determined by the throttle position, due to the inherent pressure-flow relationship established by the venturi. In other words, the pressure in the throat of the venturi decreases with the increase in the air flow, causing a greater pressure drop around the nozzle and consequently a corresponding increase in the fuel flow. The resulting fuel / air ratio is practically constant over a wide range of flow rates.
To provide fuel enrichment for acceleration, most carburetors have an acceleration pump located directly next to the throttle control device, this pump injecting additional fuel through a separate nozzle when
the butterfly is suddenly opened. The need for additional fuel
idling is usually provided by a separate idle jet fed bypass from the duct feeding the main jet and the outlet of which is placed in the high vacuum region near the edge of the throttle.
A conventional carburetor has significant drawbacks in establishing the fuel-air mixture. A conventional carburetor does not spray the liquid fuel sufficiently to allow complete and even distribution of the fuel in the fuel-air mixture. As a result, parts of the fuel separate from the mixture and condense on the walls of the intake manifold as it passes through.
<EMI ID = 2.1>
throttle valve is normally located downstream of the spray section of the carburetor to isolate the venturi from the effects of varying pressure in the intake manifold. Pressure in the cervix
(and hence the resulting fuel metering action) is thus only a function of the mass flow of air through the carburetor. This position downstream of the butterfly has a drawback, however. The adiabatic expansion of the mixture. fuel and air during its passage through the throttle cools the mixture and causes condensation of
part of the fuel vaporized in the form of a film of liquid on the structure of the throttle as well as on the walls of the intake manifold. This condensation of the fuel reduces the homogeneity of the mixture.
of fuel and air, which causes a decrease in combustion efficiency and an increase in the amount of unwanted combustion products in the engine exhaust gases. When a mixture
fuel and air, insufficiently mixed is ignited in a
<EMI ID = 3.1> A second disadvantage of a conventional engine equipped with a carburetor appears during periods of rapid engine deceleration. The high vacuum in the intake manifold of the
The engine during deceleration causes an excessive amount of fuel to enter the engine, which further increases the amount of unwanted exhaust products in the exhaust gases.
A third drawback of a conventional engine equipped with a carburetor appears during the periods of starting or heating of the engine. During these periods, the fuel / air ratio is maintained at
a high level by throttling and consequently the quantity of undesirable products, such as unburned hydrocarbons, is very high in the exhaust gases.
These defects have several undesirable consequences. Firstly, the inefficient combustion of the mixture of fuel and air produced by a conventional carburetor results in specific consumption.
more fuel than can be obtained with more complete atomization of fuel by a carburetor. Second, and more importantly from the point of view of air pollution, oxygen that has not been combined with carbon in the combustion process can combine with nitrogen atoms and of carbon also present in the combustion chamber forming undesirable products in the exhaust gases, such as carbon monoxide and nitrogen oxides. In addition, fuel which has not been combined with oxygen may remain in the exhaust gas as unburned hydrocarbons.
It has been proposed to use sound or vibratory energy to obtain a finer atomization of the fuel and therefore a higher mixture of fuel and air for internal combustion engines.
For example, U.S. Patent No. 2,908,443 discloses an automotive fuel and air mixing device having an upwardly facing flat vibrating plate mounted in the bottom of a chamber. closed communicating with the engine intake manifold. A fuel inlet tube located above the vibrating plate distributes drops of fuel onto the plate on which they are sprayed. The resulting fuel vapor then comes out
of this chamber due to the suction in the intake manifold to be mixed with the air passing through the intake manifold to the engine. A valve in the fuel feed tube regulates the flow of fuel to the vibrating plate. There is no positive way to regulate the amount of fuel leaving the chamber to be mixed with the air flowing to the engine. In addition, this device can allow the fuel to condense in the chamber before it is mixed with the air flowing to the engine, which negates the desired goal.
D.A. Trayser et al in a report entitled "A Study of
the Influence of Fuel Atomization, Vaporization and Mixing Processes on
<EMI ID = 4.1>
Battelle Memorial Institute, Columbus, Ohio, April 30, 1969 investigates the influence of the classic shape of a carburetor on fuel condensation, and the resulting non-uniform mixtures of fuel and
of air entering the cylinders of an engine.
One suggestion from the study by Trayser et al is to replace the main jet of a conventional carburetor with an ultrasonic piezoelectric sprayer. The proposed ultrasonic sprayer has a cylindrical horn-shaped piece of aluminum facing into
the downstream direction in a constricted region of an air passage. A piezoelectric disc mounted at the upstream end causes the vibration
from the downstream end of the horn in a radial fashion. The fuel flows over the cylindrical outer surface of the horn through a circle of small orifices spaced around the upper end of the sprayer and cascades down to the radially vibrating lower edge where it coalesces and mixed with air. flowing through the restricted passage.
In the device proposed by Trayser et al, the fuel flow is controlled by the pressure drop as a function of the amount of air flowing through the constricted region, as in the case of a conventional carburetor. The air flow is in turn controlled by the gas control throttle, which retains the inherent drawback of a fuel condensing surface downstream of the spray device. However, as an alternative Trayser et al suggest removing the butterfly
gases and controlling the air flow by axial displacement of the sprayer to vary the flow area through the constricted region. A separate fuel valve, adjusted by the linkage controlling the axial position of the sprayer, would be required to establish the desired ratio of fuel and air in the load range.
In this variation, separate purified air for fuel, and openings for air, would be required for idling when the spray body completely closes the restricted passage.
The present invention relates to an apparatus for the efficient mixing of positively controlled quantities of a liquid fuel containing hydrocarbons, such as gasoline, kerosene,
diesel fuel or reactor fuel, with air to form a mixture of fuel and air highly suitable for efficient combustion in an internal combustion engine, the apparatus receives the fuel in a liquid state, and by means of sonic vibrational energy performs work on the fuel to transform it to a highly pulverized state. The fuel can then be effectively mixed with air to form a more uniform mixture of fuel and air. Highly sprayed state of the fuel promotes vaporization of volatile hydrocarbons thereby further improving mixing
from fuel to air.
According to a preferred embodiment of the invention, the apparatus operates in place of the carburetor and the nozzle to form a mixture of fuel and air for combustion in an internal combustion engine. The apparatus includes a casing or body having an air flow control device at the top for admission of a controlled stream of air into the body, and an outlet at the bottom end for passage of the air. mixture of fuel and air formed in the body, either directly in the cylinders or in the engine intake manifold. A sonic transducer that can be excited, mounted
inside the body, transmits sonic vibrational energy to a sonic probe having fuel spray surfaces at the lower end. Mounting the transducer inside the body has the added benefit of cooling the transducer by the air flowing through the body to the motor. A thin, unconfined film of fuel is directed onto the spray surfaces from an annular conduit located inside the body. The sonic vibrational energy of the sonic probe does work on the film as it moves along the spray surface thereby causing the fuel to spray and vaporize. The spray surface is exposed to the flow of air passing through the device and the atomized fuel emitted from the surface is effectively mixed with the air
to form a highly suitable mixture of fuel and air for efficient combustion in the engine.
The term "sonic" as used should not be construed as limiting the frequencies of vibration of the apparatus to the
audible range, and it is used to refer to both audible frequencies (i.e. below 20 kHz) and ultrasonic frequencies (i.e. above 20 kHz). Also the expression "sonic probe!" is used as a general term in the field of sonic frequencies, and when not otherwise specified, a "sonic probe" includes that part of the probe which is hereinafter referred to as "sonic end" or "sonic part".
An apparatus according to the invention can replace a conventional carburetor or a fuel injector to supply the mixture of fuel and air to an internal combustion engine. The control device
air and the fuel quantity control device are
both located upstream of the sonic vibrating surface on which
spraying takes place. The atomized fuel and air then pass to the internal combustion engine through conventional ducts such as intake manifolds without the need for any reducing device.
gas flow rate downstream of the fuel spray point. The device is preferably mounted between the air filter and the intake manifold of the internal combustion engine instead of the conventional carburetor,
the only additional element being a sonic oscillator electrically excited to deliver sonic vibrational energy to the device transducer. Certain modifications of the linkage starting from the
accelerator pedal are necessary to couple it to the upstream device for the selection of the amount of air and the amount of fuel supplied by the device. As shown below, a quick start of the
motor is possible without using a conventional throttle device.
The more perfect spray allows mixing with the hot air ^ at a higher efficiency, and reduces the fuel consumption of the engine. The quantity of pollutants is significantly reduced in
the exhaust gases ,, as will be explained in more detail below.
The perfectly atomized mixture of fuel and air uses the oxygen atoms in the air to form carbon dioxide
rather than carbon monoxide. Carbon dioxide is a relatively more derisable product of combustion than carbon monoxide and nitrogen oxides.
The faster combustion of the fuel and air mixture allows adjustment of the ignition distribution in the cylinders of the internal combustion engine to reduce the time that ignited hydrocarbons are present in the cylinder. The correct adjustment of the ignition time of the fuel and air mixture appreciably reduces the pollutants in the exhaust gases, in particular nitrogen oxides,
because it is not necessary to operate with a large excess of oxygen.
Oxides of nitrogen are produced when the temperature reaches or exceeds about 1650 [deg.] C. The production of nitrogen oxides is also affected at any given temperature as the combustion time increases in the engine cylinder. With the apparatus according to the invention, the peak temperature is significantly lowered in the cylinder.
compared to that resulting from the use of a conventional carburetor. Likewise, since it is not necessary to advance the ignition so far, the time available for the formation of nitrogen oxide is reduced. Finally, the more complete combustion of carbon atoms appreciably reduces the number of free oxygen atoms available for combination with nitrogen atoms to form nitrogen oxides.
The fuel flow over the spray surfaces of
the sonic probe can be positively controlled by means of a valve. During periods of deceleration, as explained above, unlike in the case of analogous controls of an engine equipped with a carburetor, the valve reduces fuel flow to the amount required for engine speed. engine. In addition, a device can be used, as in certain injector systems, of fuel, to cause the shutdown.
of the flow of fuel through the valve during deceleration until the engine speed has fallen to a predetermined value, the appropriate amount of. fuel can then be supplied again
to the engine. Certain advantages of a fuel injection system can thus also be obtained with an apparatus according to the invention, such as
reducing an excess amount of fuel in the fuel and air mixture supplied to the engine during periods of deceleration, further reducing unwanted exhaust products in the exhaust gases. The reduction of. the amount of fuel during rapid deceleration is of great importance, as in many cases removing excess fuel during rapid deceleration can halve or even more unburned hydrocarbons, carbon monoxide and the like polluting products.
As indicated above, the invention also relates to a device for distributing the fuel in a thin film on a vibrating surface. Distributing the flow as a thin film provides superior spray. In addition, the dispensing device
fuel necessarily has a restricted outlet section which isolates
the fuel supply line against the effects of the surrounding environment at variable pressure downstream of the air intake shutter.
Since the main fuel valve must allow a wide variation of flow rates, it is difficult to fine tune it for the very low fuel flow at idle. Therefore, the main fuel valve is preferably tightly closed.
idle and power. fuel is supplied in this state through a vacuum-controlled bypass valve. This bypass valve and closed when it. there is significant vacuum in the tubing. ' intake, for example during deceleration and normal idling. However, if the engine begins to stall, the vacuum in the intake manifold is greatly reduced, so that the bypass valve is opened to deliver more fuel to the vibrating spray surface.
The vacuum-controlled bypass valve according to the invention provides an additional fuel enrichment function
when the vacuum in the intake manifold falls under conditions
of charge to the partial or full opening of the air intake control shutter, thus usually eliminating the need for a separate fuel enrichment valve.
The invention thus enables superior atomization of fuel with positive control of the fuel / air mixture under all operating conditions of an automotive internal combustion engine, by means of a relatively simple apparatus requiring little need.
adjustment.
The characteristics of the invention will emerge more particularly from the following description, given by way of example and made
with reference to the accompanying drawings in which:
- Figure 1 shows in perspective an apparatus according to another embodiment of the invention,
- Figure 2 is a section through the apparatus of Figure 1,
- Figure 3 is a sectional view on a large scale of part of the sleeve and the sonic probe of the device of Figure 2,
- Figure 4 shows schematically the device which is used as a carburetor for a conventional automobile internal combustion engine,
- Figure 5 shows a sonic probe according to another embodiment of the invention,
- Figure 6 shows a sonic probe according to another embodiment of the invention,
- Figure 7 is a perspective view of a variant of the device,
- Figure 8 is a side elevational view of the apparatus of Figure 7,
- Figure 9 is a section on line 10-10 of Figure 8,
- figure 10 is a longitudinal section of the apparatus of <EMI ID = 5.1>
- Figure 11 is a section taken on line 12-12 of Figure 10 and,
- figure 12 is a section on line 13-13 of <EMI ID = 6.1>
Figures 1 and 2 show an apparatus 20 according to a mode
implementation of the invention for an internal combustion engine. The apparatus 20 comprises a cylindrical body 21 having an air intake chamber 22 in the upper part 23 and a mixing chamber 24 in the lower part 25 of the body 21. A flange 27 of the outer wall 28 of the part. upper 23 of the body which allows the attachment of a conventional air filter completely surrounding the upper part 23 of the body 21. Air intake holes 28 and 29 of the
body 21 are regularly distributed circularly in the upper part 23 of the body 21 for the entry of air into the intake chamber 22. The wall 35 of the lower part 25 of the body 21 forms a converging nozzle 36. The wall 35 of the nozzle 36 has an exponential shape, from the chamber 24 to the outlet opening 37 of the lower end of the body 21.
A circular flange 38 of the lower end of the body 21 has several holes 39 to allow the attachment of the device 20 to the intake manifold of a replacement internal combustion engine.
of a conventional carburetor.
The amount of air passing the device through the orifices
26 and 29 to the intake manifold is adjusted by an air flow adjustment mechanism 40 mounted between the intake chamber 22 and the mixing chamber 24. The air adjustment device 40 has a bottom plate fixed 41 and an upper rotatable disc 42.
holes 43 in the center of the plate 41 and of the disc 42 allow the passage
of the sonic probe 45. The plate 41 is fixed to the wall 46 of the body 21. The disc 41 is mounted on the lower plate 41 to be able to rotate about the longitudinal axis of the sonic probe 45. An arm 47 fixed to the disc 42 radially passes through a slot 48 of the body 21. The arm 47 is controlled from the linkage of the accelerator pedal (not shown) to adjust the angular position of the disc 42 relative to the accelerator pedal.
at plate 41.
The plate 41 and the disc 42 have corresponding openings 49 and 49a for the passage of air, these openings being distributed symmetrically.
<EMI ID = 7.1>
the disc 42 between a first position and a second position. In the first position, the adjustment openings 49a of the disc 42 are offset from the corresponding openings 49 of the plate 41 to prevent the passage of air and to allow little air to pass through the controller 40. In the second position, the openings 49a of the disc 42
are in alignment with the corresponding openings 49 of the plate 41, so that a sufficient amount of air to ensure ignition and combustion in the engine at high speed and under high load
can ensure ignition and combustion in the engine at high speed and under high load can enter the mixing chamber 24. When the disc 42 is rotated from the first position to the second position, the amount of air that can pass through the adjuster 40 increases from zero to the maximum value.
According to the embodiment of Figures 2 and 4, gasoline or other liquid fuel suitable for combustion in an internal combustion engine enters an annular fuel duct 55 through a tube 56 which is fixed in an opening. 57 of the sleeve 60 to open inside the latter. A metering valve 61 regulates
or meters the amount of fuel passing through tube 56 into annular conduit 55. Valve 61 is placed as close as possible to opening 57 to minimize the possibility of premature vaporization and spraying of fuel into the portion of the tube. 56 between the valve 61 and the opening 57 under the action of the vacuum in the intake manifold - or in the cylinder. The quantity of fuel entering the annular duct 55 through the valve 61 is
regulated by the movement of the second arm 62 actuating the valve 61 and passing through a second slot 63 of the body 21. The second arm and the arm 47 which controls the air flow adjuster 40 can be mechanically coupled to one another. '' other and to the accelerator pedal to ensure an increase in air flow and an increase in flow
fuel or reduced air flow and reduced flow
of fuel according to the depression of the accelerator pedal
by the driver.
Fuel is sprayed into mixing chamber 24 by sonic vibrational energy imparted to sonic probe 45 by transducer 65. Transducer 65 is mounted in body 21 such that
its longitudinal axis cotincides with the longitudinal axis of the body 21. The transducer 65 est.d'a conventional type, preferably a standard piezoelectric sonic generator 67 comprising an upper block 68,
a piezoelectric ceramic disc 69, an aluminum intermediate mounting plate 70, a second piezoelectric ceramic disc 71, and a lower block 72. However, other transducers such as magnetostrictive transducers can impart vibrations. longitudinal sonic to the sonic probe 45. The transducer 65 is excited by a power oscillator 75 whose impedance
is adapted to transducer 65.
The frequency of the sonic energy used in the device
is not critical from the point of view of the spray effect. A specific apparatus according to the invention has been successfully tested with
of frequencies, from 20 to 40 kHz, but the possible range can probably extend from a value much lower than 10 kHz to a value of 100 kHz. From a practical point of view, frequencies within the audible range
(below about 18- kHz) should preferably be avoided for
do not inconvenience the driver.
In the apparatus of figure 2, the sonic probe 45 is mounted on the lower end 66 of the transducer 65, the longitudinal axis
of the probe 45 coincides with the longitudinal axis of the transducer 65 and
with the longitudinal axis of the body 21. The sonic probe 45 preferably has a circular section. The diameter of the probe decreasing gradually from a cylindrical part 80 to a cylindrical intermediate part 81 and the lower part 82 of the sonic probe 45 preferably has a section increasing downwards, the diameter of this part increasing exponentially. from the diameter of the intermediate part
81 up to the diameter of the lower part 83 of the probe 45.
A sonic end piece 85 of circular section is mounted on the lower end 83 of the sonic probe 45. The sloping outer surface 86 of the end piece 85 is a regular continuation of the surface of the lower part of the tube. probe 45, and the diameter of the sonic part 85 preferably decreases exponentially
from the diameter of the upper end 88 of the sonic part 85 to the diameter of a narrow, preferably cylindrical, circular edge 89 located
at the lower end of the sonic part 85. According to one embodiment of the sonic part 85, the diameters at the upper end 88 and at the lower end 90 are respectively 19 mm and 25.4 mm.
and the height of the narrow edge 89 is 0.8 mm. In another embodiment, the narrow edge 899 is a sharp edge of substantially zero thickness. The lower face 90 of the sonic part 85 is preferably located in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the probe 45, but this lower face can also have other shapes, as described below. The clearance between the edge 89 and the curved wall 35 of the nozzle 36 forms an annular passage 95 in which the flow of air drawn through the adjuster 40 is turbulently mixed with the atomized fuel escaping from the sonic chamber 85 of probe 45.
Although sonic probe 45 and its sonic end piece 85 are not necessarily of conventional construction, they may however be made of plastic for sonic probes. Titanium has been found to be a particularly advantageous material for forming sonic end piece 85, although other lightweight materials can be used as long as they are unaffected by fuel and can withstand without breaking. the constraints imposed.
Fuel is sprayed from sonic probe 45 as it flows from annular conduit 55 and travels along
of the sloping surface 86 and the underside 90 of the sonic part 85. The opening or conduit 57 for the fuel is defined by the sonic probe 45 and a cylindrical sleeve 60 attached to the lower side of the plate 41
of the air adjusting device 40, the longitudinal axis of the sleeve cotincides with - *. The axis of the body 21. The cylindrical sleeve 60 has an outer diameter approximately equal to the diameter of the enlarged lower end 83.
of the sonic probe 45. The diameter of the cylindrical inner surface 102 of the sleeve 60 is slightly larger than the diameter of the sonic probe 45.
and it is chosen to establish the annular duct 55 between the probe 45
and the interior surface 102 of the sleeve. For example, the clearance between the neighboring surfaces of the. probe 45 and sleeve 60 is preferably on the order of about 0.0127 mm to 0.038 mm. This clearance can be used as a primary or secondary means to adjust fuel flow, and it has been found that if the facing surfaces are in contact with each other, the flow ceases between these surfaces, but even with this condition the excitation of the probe causes a flow as long as the fuel is under pressure. The upper end of the annular duct 55, above the inlet 57, is closed by a sealing O-ring 103 housed in a circular groove 104 of the inner surface 102 of the sleeve 60, the ring being in contact with the sonic probe 45.
The lower end of the annular duct 55 opens into the mixing chamber 24
through an annular opening 105 formed between the sleeve 60 and the sonic end piece 85. The height of the opening 105 is sufficient.
low and preferably of the order of 0.045 mm during operation.
A device can also be used to adjust the position in the axial direction of the sleeve 60 relative to the probe 45 to vary
the size of the opening 105.
It is easy to see from sonic probe technique that the lengths of transducer 65, sonic probe 45, and sonic piece 85 can vary and be adapted to achieve maximum amplitude vibrations at the underside 90 from sonic piece 85, after
the resonant frequency of the transducer 65 and the speed of the pressure wave in the material. The combined length of the sonic probe 45 and
of sonic piece 85 can be an integer of half wavelengths
at the resonant frequency of transducer 65 if the interface between transducer 65 and sonic probe 45 is at a nodal point (i.e. an antinodal point of velocity). To minimize heating and abrasion wear of the O-ring 103, this ring can be
be placed at a nodal point in the speed of the sonic probe 45. Next
a preferred embodiment of the apparatus, it is desirable from the point of view
operation to minimize the length of the sonic probe. Hence, the aluminum plate 70 of the transducer 65 serves
as a nodal support for the transducer 65 and the distance between the underside
<EMI ID = 8.1>
of the vibration of the probe material at the resonant frequency of transducer 65. In this embodiment, the sonic end piece vibrates with the maximum amplitude. The O-ring is located approximately a quarter wavelength from the underside 90 of the sonic end piece 85.
As indicated above, an apparatus according to the invention can replace the conventional carburetor of an internal combustion engine.
piston of an automobile. FIG. 4 diagrammatically represents the association of the apparatus of FIGS. 1 to 3 with an engine 120. The apparatus 20 is connected to the engine 120 between the air filter 121 and the intake manifold 122. The device for adjusting the valve. air flow and valve
<EMI ID = 9.1>
accelerator pedal 123 by a transmission 124. When the pedal 123
is pressed, the transmission 124 causes the opening of the device
adjusting the air 49 by a controlled amount for the air intake into the mixing chamber 24, which causes the metering by the valve 61 of the appropriate amount of fuel to the annular duct 55. The oscillator
75 energizes transducer 65 for transmission of sonic vibrational energy to end sonic room 85. Air passing through mixing chamber 24 is mixed with the highly atomized fuel escaping from sonic room 85 and this mixture of fuel and gas. air passes through nozzle 36 and intake manifold 122 to the desired cylinder 125 of engine 120 in which the mixture is ignited.
An apparatus constructed in accordance with Fig. 2 has been mounted on an automobile engine operating with amounts near the stoichiometric condition of air and fuel. The most uniform mixture of fuel and air results in more complete combustion of the fuel as shown by preliminary tests indicating very low values of incomplete combustion products such as carbon monoxide and gases. unburned hydrocarbons in the exhaust gases.
In addition, the content of oxides. nitrogen in the exhaust gas was low because most of the oxygen in the supply air was
was consumed by the efficient combustion of fuel substantially reducing the amount of oxygen available for combination with atmospheric nitrogen. The quantity of nitrogen oxides is also low due to the lower maximum temperature of the combustion gases and the
low duration of. residence of the combustion gases at high temperatures, as indicated above.
In addition to the reduction of air pollution, the use of an apparatus according to the invention in place of a conventional carburetor provides the additional benefit of fuel economy due to
efficient combustion of a more uniform mixture of fuel and air.
It will be noted that the invention relates to the application of sonic energy to a thin film of liquid fuel and the use of a substantially unrestricted conduit to the engine downstream of the spray surface, the amounts of air and fuel being controlled upstream of this surface.
It appears that the shape of a device according to this mode of setting
The practice of the invention and in particular the manner of presenting liquid fuels to the spray surface and the relationship of this surface and the air flow has an appreciable effect on the degree of spraying. This emerges more particularly from FIG. 3 'which shows in section on a large scale the part comprising the end sonic part of the apparatus of FIG. 2. As can be seen from FIG. 3, a thin film of fuel 110 flows from the annular duct 55
through the annular opening 105 located between the sleeve 60 of the
part 85 and the sloping spray surface 86.
Since the sonic vibrations of the sonic probe are longitudinal, only the component at the surface 86 perpendicular to the axis of the probe exerts a work on the liquid film. Therefore, it is desirable that the surface 86 be widely flared, preferably up to
an angle of 90 [deg.], in the region near the circular edge 91.
In addition, it is important that the fuel flows as a thin film and remains in contact with the spray surface for a time sufficient to receive sufficient energy for atomization and vaporization prior to fuel entry. in the air stream. This result is obtained by adjusting the play between the sleeve 60 and
sonic part 85 so as to obtain a thin film, and directing the air flow against the spray surface 86 and beside the circular edge 89. The nominal clearance between the sleeve 60 and the sonic part 85 can be, for example example, 0.045 mm so that the maximum thickness of the liquid film is at this point 0.045 mm correspondingly.
As the film 110 advances along the sloping spray surface 86, the static pressure of the air stream tends to increase.
keep it against the vibrating surface, so that it continues
to do the work and increase the energy of the liquid. It is estimated that the sonic vibrational energy reduces the thickness of the film 110 and continuously sprays the film until the film has probably,
at the circular edges 89 of the conical part 85 a thickness of several molecules only. It is further assumed that the greater part
very thin film of fuel 110 escapes in the highly pulverized state
sonic room 85 at or near edge 89, although a small amount may flow around the edge to the central portion of the underside of sonic room 85 where fuel is discharged or
issued in a similar fashion.
Other device characteristics according to this setting mode
The preferred embodiment of the invention therefore appears to be a cumulative effect considerably improving the subsequent vaporization and the intimate mixing of the fuel and the air in the stream. For example, the highly sprayed fuel emitted from the sonic part 85 is mixed with air passing past the edge 89 and then through the annular opening 105 between the sonic part 85 and the wall 35 of the nozzle 36. The surface of the nozzle section 36 preferably converges exponentially to cause a substantially laminar flow of the air stream alongside the wall of the nozzle throat. This laminar flow reduces contact of the atomized and vaporized fuel in the fuel / air mixture with the wall 35 to minimize condensation of the fuel on the relatively cool surface of that wall.
At the same time, the converging flow tends to cause intimate mixing of the atomized fuel and air. In addition, the mixture flowing through nozzle 36 is subjected to sonic energy radiated from the surface of sonic part 85. The region of the nozzle, together with the passage of the tubing below, thus forms a region subject to the sonic energy through which the sonic energy radiated by. the face of
the probe provides additional work on the mixture to spray
and further vaporize the fuel and to mix it more completely with air. As noted above, mixing is further enhanced by the vortex flow of air. the mixture is
further enhanced by the swirling flow of air caused by the openings or lumens 49, 49a, which may be arched openings, of the plate 41 and the disc 42. It is also believed that the vibrations
sonics radiated from the face of sonic piece 85 are also transmitted through the intake manifold into the cylinders during
that the inlet valves are open. These vibrations in
passages and chambers downstream of the mixing zones also serve to maintain the homogeneity of the mixture and to cause a vaporized fuel mixture more efficient as a conductor of heat according to the well-known physical phenomenon that a vibrating fluid is a better conductor Energy. Consequently, it follows from all the characteristics indicated above of an apparatus according to the invention that the liquid fuel is initially emitted in a highly pulverized and vaporized form, but also that its vaporization and its mixing are then increased and that condensation is minimized.
Figure 5 shows part of a sonic probe 190 according to another embodiment of the invention, which in general is similar to sonic probe 45 of Figure 2, except that a second sonic part d The end 191 protrudes downward from the underside 92 of a sonic end 193. The second sonic part 191 has a circular cross-section with the diameter dropping exponentially from the top 194 to the bottom face 195. The fuel s 'flowing through the annular passage 197 flows along the surface 192, and also downward along the sloping surface 196 of the second sonic part 191.
FIG. 6 represents a sonic probe 210 according to another embodiment of the invention which comprises several secondary channels 211 for the fuel between a central passage 214 and openings 212 opening out to the lower surface 213 of the sonic probe 210.
Tests were carried out with a 1970 Mercedes Benz Model 220 automobile fitted with a standard gearbox. These tests were carried out using a Clayton hydraulic brake dynamometer set to absorb 12HP steam at 80 km / h. The tests were carried out with an apparatus according to the invention instead of a conventional carburetor. Ten timed tests, simulating different road conditions, were performed. Exhaust gas samples were taken. for each test and were analyzed to determine the amounts of nitrogen oxides, carbon monoxide and hydrocarbons, the results being given by the
<EMI ID = 10.1>
for other tests. All acceleration tests were performed to determine the time required to reach the desired speed. Sampling times during deceleration tests were controlled by the dynamometer load to slow the vehicle.
The results of dynamometer tests of the vehicle equipped with a standard carburetor are given in Table II below to allow comparison. The test vehicle engine had problems
<EMI ID = 11.1>
very high compression ratio of 12.5 / 1. The engine was also fitted with a device. Chrysler "clean-air" which sets ignition angle settings of 45 [deg.] Before top dead center. and 9 [deg.] after top dead center. It was therefore possible to predict low percentages of oxide
<EMI ID = 12.1>
in the exhaust gases due to the pressures and temperatures resulting from the high compressions. These forecasts are shown by the
<EMI ID = 13.1>
that the apparatus according to the invention allows substantial reductions in ''
<EMI ID = 14.1>
Figures 7 to 12 show an apparatus according to another embodiment
implementation of the invention which comprises a new device for positively controlling the supply of fuel and air in all
load and speed conditions. An apparatus according to this embodiment has been mounted on an automobile engine and has performed satisfactorily both in the laboratory and on the road. Analyzes of
Exhaust gases show the net results of carbon monoxide, nitrogen oxides and unburned hydrocarbon contents compared to results obtained using a conventional carburetor.
The apparatus according to the embodiment of Figures 7 to 12 "imports a block 310 with a main body 312 and an inlet duct 314 forming an interior passage 316 with an inlet 318 for air and an outlet 320 for the mixture. The intake duct 314 is provided with a throttle valve such as a rotary shutter 322 mounted to rotate between an open position and a closed position under the action. a lever arm 324.
The main body 312 of the casing 310 has side walls 326 preferably of circular inner cross section, a relatively thick end wall 328 and a drilled and tapped bottom 330 for screw fixing to an intake manifold 331. flanged from an internal combustion engine. The interior diameter of the intake manifold 331 is preferably less than the diameter of the interior surface.
side wall 326 to establish a restricted passage to increase
turbulence and improve the mixture of fuel and air.
Inside the body 310 is mounted an electro-transducer
<EMI ID = 15.1>
piezoelectric crystals 336 and 338 separated by a brass ring 340 and an aluminum acoustic probe 344 of elliptically or parabolically decreasing cross section to a high speed end piece 344 of smaller diameter than the upper part. The upper end of the acoustic probe 342 has a flange 333 for fixing the transducer 332 in a groove 335 between the upper part 337 and the lower part 339 of the body 312. The flange 333 has a circular series of holes 337 for passage. air through the upper part of the inlet 318 for its circulation around the piezoelectric crystals in order to cool them.
� The brass ring 340 is connected by an electrical conductor 341 to one terminal of the output of a conventionally shaped power electronic oscillator, the other terminal of which is connected through ground to the flange 333 and hence through a compression screw 339 to the upper block 334 of the transducer. As a result, the upper face of the piezo crystal � electrical 336 and the underside of the crystal 338 are at ground potential and the underside and the upper face of the crystals are connected to the high voltage AC output of the oscillator.
Another possible way to get good electrical contact between the crystals instead of the brass ring 340 and allowing for even better acoustic coupling is to glue the two crystals to each other using a resin glue. epoxy containing enough powdered metal, preferably silver, to establish a conductive bond.
The dimensions of the elements of the transducer 332 are chosen so that the axial distance between the upper end of the upper block 334 and the plane passing through the middle of the flange 333 corresponds to a quarter wavelength at the frequency of the oscillator and that the axial distance between the flange 333 and the end piece 344 of the acoustic-probe 342 is also the equivalent of a quarter of the wavelength. The total wavelength of transducer 332 is thus ... half a wavelength.
If crystals 336 and 338 are mounted so that the underside of crystal 336 has the same polarity as the upper face of crystal 338, they will simultaneously expand - and contract in response.
to the alternating current of the oscillator. As the two crystals are of
same side of the mounting flange according to this embodiment the transducer vibrates longitudinally with a speed node at the flange 333
<EMI ID = 16.1>
of the probe. Since the tapering end of the probe 342 acts as an inverted horn or speed transformer, the amplitude of the vibrations of the end 344 is much greater than that of the vibrations of the upper end of the transducer.
A thin disc 346, preferably of titanium, is rigidly attached to the probe 344 by a stud 343 and a nut 345 to present a vibrating surface 348 for spraying and mixing a thin film of carbon.
- rant in the air stream flowing through the interior passage 316. The disc 346 preferably has a bevelled edge 350 forming an acute angle with the surface 348 to increase the upward projection and
outwardly fuel particles in the air stream. The size of the disc 346 relative to the inner diameters of the side wall 326 and the outlet 322, and its distance from the lower end 330 affect the perfection of the mixture of atomized fuel and air. An optimal relationship between these dimensions can be obtained experimentally for a given engine.
By way of example, according to a practical embodiment of the apparatus. According to this embodiment, the disc 346 has an outside diameter of 31 mm and a thickness of 0.72 mm. The working area
<EMI ID = 17.1>
contributes in part to the spraying action. Highly efficient sputtering was obtained with an oscillator frequency of 20.3 kHz and a power measured at the input of the piezoelectric crystals of slightly less than 4 W. This shows that the shape according to this embodiment allows
<EMI ID = 18.1>
exceptionally efficient spraying.
The fuel is sent under pressure by a fuel pump
not shown and a pipe 347 to an inlet fitting 352 of a
conduit 354 of a block 356 fixed to the side of the body 312. The conduit 354 communicates with a fuel valve body 358 integral with the block 356
and with a short tube 360 attached through the side wall 326, a flexible tube 362 sealingly attached to the tube 360 and to a second short tube 364 attached to a device for dispensing fuel in the form of a thin film over the vibrating surface 348.
Considering more particularly Figures 10 and 11,
the dispensing device comprises a tubular annular element 366
slidably mounted around end piece 344 of acoustic probe 342. A biasing device such as a coil spring 368 maintains one end of annular member 366 in axial contact with vibrating surface 348. An annular passage 374
of the annular element 366 communicates with the end of the short tube 364
to distribute the fuel circularly evenly to circularly spaced openings 370 of the surface-372 of the annular member for outward passage in the form of a thin film.
along the vibrating surface 348.
To establish a space for the outward flow of fuel between the circular surface of the annular member 366 and the
surface 348, especially in the case of a stiff spring 368, a
part of the circular surface located radially outward at
from the holes 370 can be slightly stripped to establish a small clearance between the annular surface 372 and the surface 348, the clearance opening radially to the outside (figure] 2). Clearance thickness should not exceed 0.024 to 0.048mm to ensure outward flow of fuel
in the form of a thin film.
In practice, it has been found that no draft is necessary and that the device can operate, at least in a vertical position, with the annular element 366 simply resting on the surface 348 without any spring. Sufficient clearance for fuel flow is
established between the annular surface of the ring and the vibrating surface by
the vibrations of this surface 348.
The amount of fuel passing through line 354 is controlled by a fuel valve, such as a reverse needle valve 376 mounted in valve body 358 and having a long rod 378 protruding from block 356, passing through a ring 380, and ending with one end
fork 382. A cylindrical bellows 384 coaxially surrounds the
valve stem 378 and is sealed to valve body 358 to form a variable volume chamber communicating with fitting 352
and with the inlet of the valve 376. The other end of the side 384 is sealingly attached to a disc 386 attached to the valve stem 378. A coil spring 388 placed inside the bellows 384 repels a follower roller. cam 390, mounted in the forked end 382 of the valve stem 378, against a device such as a sliding cam 392 to simultaneously modify the section of passage through the fuel valve body 358 and the volume of bellows 384 by axial displacement of valve stem 378.
The movement of cam 392 is synchronized with the movement
of the air intake shutter 322 by a connecting rod 394 and arms 395
and 397 connecting the cam 392 to the lever arm 324. The movement of the cam
392 is synchronized with that of shutter 322 under a given load condition. If the apparatus according to the invention is used for an automobile engine, the positions of the air intake shutter and of the
cam are controlled) by a connecting rod 396 articulated to the cam 392 and to a return lever 399 for control by the accelerator pedal (not shown) via a suitable linkage.
In Figures 7 and 10 the air intake shutter 322 and
fuel valve 376 are shown closed (even when nominally closed, shutter 322 is slightly open to allow the entry of a sufficient quantity of air for engine idling). It is easy to see that a counterclockwise movement of the lever arm 324 tends to open the shutter 322 and the valve.
fuel 376 and to reduce the volume of the bellows 384. Conversely,
when the shutter 322 and the fuel valve 376 are open, the. Clockwise movement of lever arm 324 causes shutter and valve to close and bellows 384 to expand.
As the bellows 384 communicates at its inner end with the fuel inlet duct 354, it constitutes a reservoir and acts
as an acceleration pump to provide additional fuel when the valve is opened. As the bellows 384 communicates with the main fuel supply duct instead of communicating with a bypass duct and a separate nozzle, unlike the case of an acceleration pump - <EMI ID = 19.1> shutdown of the valve 376 and consequently momentarily drifts the current
of fuel relative to the fuel dispensing device.
This additional function is very advantageous because it effectively stops the flow of fuel to the engine as soon as the air intake shutter 322 begins to be closed, which avoids the transient enrichment resulting in a return of fuel. flames and
the formation of polluting products which are frequent with conventional carburettors in the event of sudden deceleration. In addition, when valve 376 is closed, the flow of fuel to the engine is positively stopped.
<EMI ID = 20.1>
the passage of fuel cannot be completely cut off when the air intake shutter 322 is closed, if the engine is to idle when this shutter is closed as is the case with an automobile engine. It is difficult to adjust valve 376 to dose both flow rates. large low so that the use of a single valve for both high speed and idle operation is not satisfactory. This problem can be solved by incorporating a bypass valve 398 for the fuel supply for idling.
A passage 400 and an outlet passage 402 connect the valve body 398 in parallel with the main valve body 358. A small valve. reverse needle 404 is mounted in the auxiliary valve body 398 and has a long valve stem 406 whose outer end is attached to a flexible diaphragm 408 whose edge <EMI ID = 21.1>
The valve stem 406 is moved axially to open or close the needle valve 404 based on a differential pressure across the diaphragm. 408. The valve 404 is normally biased to the open position by a coil spring 414 located between the diaphragm and the valve. A vacuum tube 401 connects the intake manifold
motor with an orifice opening into the capsule 410 on the side of the membrane 408 opposite that of the valve 404, so that this. rating
the diaphragm is exposed to the vacuum of the intake manifold. The chamber formed between the other side of the membrane 408 and the exterior of
capsule 410 can be sealed with some positive pressure, and preferably can communicate with the atmosphere.
The axial distance between the diaphragm 408 and the valve seat of the auxiliary valve body 398 can be adjusted so that the needle valve
404 door-almost in its seat for the vacuum in the intake manifold under idle conditions, which can typically be between
290 and. 576 mm of mercury. If the engine begins to stop, vacuum. in the intake manifold is sharply reduced, so that the needle valve 404 is opened for the passage of additional fuel. On the other hand, if the engine starts to run too fast, the vacuum in the intake manifold increases because the air intake shutter 322 is closed, which causes the needle valve 404 to close and the stopping the fuel flow until the vacuum is reduced again in the intake manifold.
The 404 vacuum controlled needle valve ensures
<EMI ID = 22.1>
with fixed adjustment of conventional regulators. The needle valve 404 also contributes to fuel enrichment under load conditions. As indicated above, for a given setting of the air intake shutter, the engine speed decreases with increasing load. The pistons therefore suck less air per minute into the cylinders and the vacuum is reduced in the intake manifold. Fuel flow through the main fuel valve 376
<EMI ID = 23.1>
of the air intake shutter. However, the auxiliary needle valve
404 is. 'open due to the fall of the vacuum in the tubing. inlet for the passage of additional fuel to the dispensing device 366.
For some applications, it may be desirable to control the main fuel valve according to the invention by a device responsive more precisely to the flow of air through the device rather
only through the direct mechanical connection to the air intake shutter.
For example, the constant flow of fuel through valve 376, established for determined settings of the air intake shutter of the apparatus of Figures 7 through 12, produces higher ratios of fuel to air for the aircraft. increasing loads with in fact enrichment of the mixture. Together with the increased flow through the auxiliary valve 404,
this may result in a mixture that is too rich for optimal combustion
with an increase in the emission of polluting products.
The flow control through valve 316 in direct function of the air flow can be achieved by replacing the pressure type control device for the cam and cam follower mechanism shown. The pressures at the neck of a venturi mounted in the intake duct 314 upstream of the air intake shutter 322 are proportional to the air flow, and these pressures can be used to operate a control device. pressure type for
the valve 376 in a manner similar to that used in conventional pressure type carburetors for supercharged piston aircraft engines.
It will be noted that many variations, forms and arrangements of the apparatuses described above are possible in accordance with the invention. For example a return lever can replace the cam 392 and
<EMI ID = 24.1>
likewise a piston and a cylinder can replace the membrane 408 and the cap 410, to name only a few cases. In addition, it should be understood that the mechanical arrangements of the apparatuses shown are to some extent schematic for the sake of simplicity and that obvious modifications may be necessary to allow the assembly and adjustment of an actual apparatus according to the invention.
As indicated above, an apparatus according to the invention is suitable for providing a highly efficient mixture of gasoline and air for combustion in the cylinders of a piston internal combustion engine. In a similar fashion to that described above, injected fuel can be effectively mixed with air prior to combustion.
mixture of air and fuel in the combustion chamber of a jet engine. An apparatus according to the invention can also be used to spray and vaporize diesel fuel for combustion in a diesel engine.
Of course, the foregoing description is not limiting and the invention can be implemented according to other variants without going beyond its scope.
BOARD,
<EMI ID = 25.1>
<EMI ID = 26.1>
<EMI ID = 27.1>
CLAIMS
A method of supplying an internal combustion engine with a combustible mixture in an amount varying with the power demand to the engine, characterized by supplying a variable amount of liquid fuel in proportion suitable to the engine power demand over an area. which can be excited. and for its flow over that surface, entraining this vibrating surface at sonic frequencies with sufficient energy to cause the atomization and vaporization of the fuel flowing over the surface, sending a variable current of air towards this surface, the variation of this air flow being proportional to the power demand of the internal combustion engine,
and sending the combustible mixture of atomized fuel and air to the internal combustion engine without using a throttle valve between the excited surface and the engine, so that the mixture of fuel and air flows to the engine at internal combustion without there being any variation of the overall section
to minimize condensation of liquid fuel from the fuel mixture.
2. Apparatus for supplying a combustion device with a combustible mixture of atomized and vaporized liquid fuel and air, characterized by a fuel atomizing surface which can be energized, a source of sonic energy for supplying sonic energy to the fuel. the spray surface in order to excite it, a device for directing the liquid fuel onto
the excited spray surface, this device being variable and supplying a variable quantity of liquid fuel to the spraying surface, a device for directing a stream of air next to the spraying surface,
this device being adjustable to vary the quantity of air, and a duct between the spraying surface and the combustion device, this duct
without restriction and maintaining an overall cross section
fixed passage, so that the atomized fuel is mixed with the air stream to form a combustible mixture and the amounts of fuel and air are varied upstream of the spray surface and the air stream and of vaporized fuel is directed to the combustion device without reducing the passage section in the duct.