Brevet FR2212486A1 — publié le 19740726

La présente invention concerne les installations motrices à transmission hydraulique, dont la génératrice est entraînée par un moteur à combustion interne à pistons libres. Les moteurs à pistons libres sont réputés pour la simplicité de leur conception et pour ltexcellence de leur rendement. Mais la sta bilité du mouvement de leurs pistons n'est obtenue qu'au prix de l'introduction d'auxiliaires nombreux et compliqués qui en font des machines peu fiables, d'une conduite malaisée, et d'un prix de revient élevé. La présente invention vise à obtenir une génératrice hydraulique à pistons libres, qui soit simple, fiable, pratique, et d'un prix de revient très bas. La génératrice hydraulique, objet de l'invention, comporte des pistons quasi-libres, c' est-à-dire des pistons libres qui peuvent être bloqués à leur point mort extérieur. Elle est munie d'un accumulateur hydropneumatique à pression variable. La présence de ce dernier et la possibilité de bloquer les pistons permettent d'obtenir tous les débits inférieurs à un certain maximum, sous toute pres- sion comprise entre deux limites éloignées l'une de l'autre. La phase de compression dans le moteur à combustion interne résulte de l'action, sur les pistons libres, du liquide contenu dans l'accumulateur. La stabilité du mouvement des pistons libres est obtenue simplement en adaptant, à chaque cycle, la charge du moteur à combustion interne à la pression régnant dans l'accumulateur. Le dessin annexé illustre, à titre d'exemples, trois modes de réalisation d'une génératrice hydraulique conforme à. la présente invention. Le croquis de la figure 1 représente une génératrice à course variable utilisant le cycle Diesel. Le moteur à combustion interne comporte un cylindre unique 1 dans lequel peuvent coulisser deux pistons opposés 2. Il utilise le cycle à deux temps et le balayage est réalisé par une pompe indépendante (non représentée sur le dessin). Chaque piston moteur 2 est solidaire d'un piston 3 qui coulisse dans le corps de la pompe 4, laquelle peut débiter dans l'accumulateur hydropneumatique 5. Dans la tige creuse 6 du piston 3 peut coulisser le tube 7, de sorte que le piston 2 est soumis à l'action permanente du liquide contenu dans l'accumulateur 5. L'espace annulaire 8 compris entre le corps de pompe 4, le piston 3, et la tige creuse 6, est étanche et rempli de liquide ; il peut communiquer avec le réservoir de liquide à basse pression 9 par les clapets à ouverture commandée 10. Si ces clapets sont maintenus ouverts, le piston 2 est complètement libre. S'ils sont fermés à la fin d'une course motrice, le piston 2 est bloqué à son point mort extérieur. L'accumulateur hydropneumatique 5 est de type classique et son volume est important (une centaine de fois la cylindrée de la pompe 4).Les variations, relativement lentes, de pression dans 1 accumulateur sont obtenues en modifiant la quantité de liquide qu'il contient. Démarrage : introduire un minimum de liquide dans l'accumulateur 5 ; ensuite, les clapets 10 étant fermés, introduire du liquide dans l'espace B pour amener le piston libre 2 à une certaine abscisse a(P), fonction de la pression P dans l'accumulateur 5 et du taux de compression désiré. Fonctionnement : ouvrir brusquement les clapets 10 ; le piston 2 se déplace vers son point mort intérieur ; au voisinage de ce dernier, injecter dans le cylindre î une quantité de combustible telle que sa combustion provoque le déplacement du piston 2 jusqu'à l'abscisse a(P). La quantité de combustible à injecter à chaque cycle est, en première approximation, indépendante de la pression P. La stabilité de la génératrice est très bonne, et les pressions extrêmes pouvant régner dans l'accumulateur sont dans le même rapport que les courses extrêmes des pistons libres. Le croquis de la figure 2 représente une génératrice à course constante utilisant le cycle Beau de Rochas. Son architecture diffère de la précédente par le fait qu'elle ne comporte qu'un piston libre 2 et que le cylindre moteur 1 est muni de soupapes d'échappement 11. N'étant pas équilibrée, elle doit être suspendue. Les points d'ouverture et de fermeture des soupapes Il sont variables et peuvent & re librement choisis. Fonctionnement : le piston 2 étant à son point mort extérieur, ouvrir brusquement les clapets 10 : le piston2 amorce sa course vers l'intérieur ; maintenir les soupapes 11 ouvertes jusqu a ce que le piston 2 ait atteint une certaine abscisse x ; fermer alors les soupapes 11 et injecter la quantité de combustible correspondant à la masse d'air contenu dans le cylindre moteur 1 au voisinage du point mort intérieur, allumer le mélange carburé le piston 2 est alors vivement repoussé vers son point mort extérieur.Les sections des différents pistons ayant été judicieusement calculées, il est toujours possible de choisir l'abscisse x, et éventuellement la richesse du mélange carburé, pour que, d'une part, le taux de compression moteur soit compris entre des limites convenables, et que, d'autre part, le point mort extérieur soit sensiblement fixe, et cela pour toute pression régnant dans l'accumulateur. La stabilité de la génératrice est excellente et les variations de pression permises dans l'accumulateur sont très importantes (du simple au quadruple). Le rendement qui est très bon, comme dans tout moteur à pistons libres (frottements réduits, cylindre moteur unique, détente ultra-rapide), peut être notablement augmenté grâce à la possibilité de réaliser un cycle à détente prolongée. Le croquis de la figure 3 représente une génératrice à course constante utilisant le cycle Diesel. Elle ne diffère de la première solution que par le fait que le tube 7 communique avec un accumulateur indépendant à pression constante. Les variations de pressions permises sont beaucoup plus importantes qu'avec la première solution. La génératrice hydraulique, objet de l'invention, peut être utilisée pour l'alimentation d'un moteur hydraulique, en vue de la réalisation d'une installation motrice. Ce moteur hydraulique peut être : a) une turbine Pelton ; dans ce cas, l'excellent rendement de la génératrice compense largement le rendement médiocre (aux faibles puissances) de la turbine, et confère à l'ensemble un rendement comparable à celui d'un moteur à combustion interne de même type b) un moteur à cylindrée constante ou une batterie de tels moteurs montés en parallèle sur le même axe : dans ce cas, les cylindrées des n unités peuvent être choisies en progression géométrique de raison deux ; en utilisant les règles du système de numération binaire et en mettant éventuellement hors circuit certaines des n uni tés, on obtient (2fil - 1) cylindrées possibles disposées en progression arithmétique. Dans le cas de la turbine Pelton, le réglage de la puissance fournie par l'installation motrice s'effectue en adaptant la pression de l'accumulateur à la vitesse de la turbine et en réglant le débit en modifiant ltouverture de l'injecteur de la turbine. Dans le cas de moteurs à cylindrée constante, on choisit la cylindrée, puis la pression de l'accumulateur. Dans les deux cas, la pression P dans l'accu mutateur est maintenue à l'intérieur d'une étroite fourchette mobile (P',P") : dès que P tombe au-dessous de P', les clapets 10 sont ouverts et maintenus dans cette position jusqu'à ce que P dépasse P". Les multiples combinaisons possibles (génératrice + moteurhydrau- lique) permettent de résoudre, avec le maximum d'économie, tous les problèmes d'installations motrices : groupe électrogène, automobile, engin agricole ou de travaux publics, tracteur routier, locomotive, marine, etc. En particulier, la génératrice à course constante utilisant le cycle Beau de Rochas, associée à une turbine Pelton et à une botte à deux vitesses, parait très bien convenir à l'automobile elle permet de résoudre, de façon simple et radicale, le problème de l'automatisation de la transmission, et de réduire la consommation spécifique ainsi que la pollution de l'air dans les villes en effet, la génératrice ne fonctionne pas quand la voiture est arrotée et l'essence est toujours brûlée au taux de compression optimum (contrairement ce qui se passe dans un moteur classique). R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Génératrice hydraulique, entraînée par un moteur à combustion interne à pistons libres, caractérisée par le fait qu'elle comporte un moyen destiné à bloquer les pistons libres. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen destiné à bloquer les pistons libres utilise l'action d'un liquide sur ces pistons libres. 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il comporte un accumulateur hydropneumatique à pression lentement variable. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la phase de compression dans le moteur à combustion interne résulte de l'action, sur les pistons libres, du liquide contenu dans un accumulateur hydropneumatique. 5. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé 'par le fait qu'il comporte un moyen permettant de choisir à chaque cycle, la charge du moteur à combustion interne. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est associé à une turbine Pelton.