Brevet FR2355998A1 — publié le 19780120

La présente invention concerne un procédé pour parcourir un cycle thermodynamique de moteur à explosion interne fonctionnant avec un mélange air-carburant et à combustion isochore. I1 81 agit de moteur à quatre temps comprenant de fanon classique un temps d'aspiration, un temps de compression, un temps de détente, et un temps dtéchappesent (ou d'expulsion). Les cycles thermodynamiques d1Otto, Diesel et Seiliger sont les cycles fondamentaux pour les moteurs à combustion interne. Le cycle d'Otto comporte une compression adiabatique, une combus tion isochore et une évacuation de la chaleur isochore. Pendant la combustion isoohore, la totalité du mélange air-carburant y est brûlée, de sorte que l'on obtient une température maximale éle vée du cycle, ayant des effets défavorables sur l'émission de NO. Dans le cycle de Diesel, l'air est comprimé adiabatiquement dans une mesure telle que le carburant introduit à l'état finement pul vérisé seulement dans la position de point mort haut du cylindre s'enflamme rapidement de lui-même sous l'effet de la chaleur de compression. Ce fort dégagement de chaleur a également pour consé quence une température maximale du cycle ayant des effets défavora bles sur l'émission de NO. Le cycle de Seilinger comprend une com pression adiabatique, une compression isochore et une admission de chaleur isobare, une détente adiabatique et une dissipation de chaleur isochore.Comme dans les cycles d'Otto et de Diesel, la tem pérature de fonctionnenent diminue, dans le cycle de Seiliger, pen dant la détente adiabatique, ce qui amoindrit fortement l'oxyda tion ultérieure du mélange air-carburant non brûlé. La présente invention a pour objet un procédé de traite -ment cyclique du mélange air-carburant dans des moteurs à combus tion interne, dans lequel l'émission de gaz d'échappement soit améliorée par rapport aux cycles dtOtto, de Diesel et de Seiliger, sans amoindrissement notable du rendement global. Pour atteindre cet objectif, selon l'invention, après le temps d'aspiration isobare, le mélange air-carburant est comprimé adiabatiquement pendant le temps de compression ; pendant le temps de détente qui suit et s'accoopagne d'une combustion isochore jusqu'8 obtention de la pression maximale au cours du cycle avec admission d'une quantité de haleur Q1, seule une fraction du mélan- ge air-carburant est brûlée ; pour obtenir une détente isotherme le reste du mélange air-carburant est brûlé avec admission d'une quantité de chaleur Q2 et une quantité de chaleur Q est dissipée 3 de façon isochore ; un temps d'expulsion isobare snit immédiatement. On obtient ainsi un cycle qui se déroule par rapport aux cycles d'Otto, de Diesel et de Seiliger avec des pressions maximales et températures maximales plus basses pour une meme quantité de chaleur fournie, ce qui réduit l'émission de NO formé* En outre, la température de fonctionnement est, en raison de la détente isotherme, maintenue à un niveau plus élevé par rapport aux températures de fonctionnement du temps de détente des cycles d'Otto, Diesel et Seiliger, ce qui entrain une oxydation ultérieure des carbures d'hydrogène non branlés et du monoxyde de carbone non brûlé pendant les temps de détente et d'expulsion.La légère diminution du rendement thermique dans le cycle à détente isotherme est contrebalancée non seulement par l'amélioration de l'émission des gaz d'échappe- ment, mais également par un rendement mécanique plus élevé et un besoin de composants plus limité en raison de la valeur moins élevée des pressions maximales. I1 s'est avéré avantageux que la proportion du mélange air-carburant brûlé pendant la combustion isochore soit d'environ 80 à 90 % et celle du mélange air-carburant brûlé au cours de la détente isotherme d'environ 10 à 20 ç de la quantité totale du mélange air-carburant brûlé au cours dtun cycle. L'objet de l'invention sera mieux compris à l'aide de la description d'un exemple de réalisation non limitatif et du dessin annexé comprenant une figure unique. La figure représente le cycle thermodynamique mis en jeu selon l'exemple décrit dans un moteur à combustion interne fonctionnant avec un mélange air-carburant avec combustion isochore. Cette représentation est donnée à l'aide d'un diagramme P-V (pression volume). On a porté en abscisse 1 le volume V et en ordonnée 2 la pression P. Au cours de la phase référencée 3 de a à b du cycle a lieu l'aspiration du mélange air-carburant (cela correspond au temps d'admission). Au cours de la phase référencée 4 de b à c a lieu la compression adiabatique du mélange carburant-air (cela correspond au temps de compression). Au cours de la phase référencée 5 de c à d a lieu une combustion isochore d'environ 80 à 90 du mélange carburant-air, le cycle recevant la quantité de chaleur Q1 Pendant cette combustion, la pression maximale P1 du cycle est atteinte, en même temps que la température maximale .Au cours de la phase référencée 6 de d à e a lieu une détente isotherme qui est provoquée par la combustion du mélange carburant-air restant au cours de cette phase. Au cours de cette phase, le cycle reçoit la quantité de chaleur 42. Cette phase est suivie immédiatement par la phase référencée 7 de e à f de l'échappement, la quantité de chaleur Q3 (Q3 = Q1 + Q2) étant évacuée de façon isochore. La phase 7 constitue, avec les phases 5 et 6, le temps de détente. Elle est suivie par la phase 8 de f à a de l'expulsion isobare (temps d'échappement). On a représenté en traits mixtes la phase de combustion isochore de c à d1 d'-un cycle d'Otto. Comme dans ce cas la totalité du mélange air-carburant est brulée, la pression maximale P2 et la température maximale sont forcément à un niveau différent de celui du cycle de l'invention, lorsque la quantité de chaleur totale fournie dans le cycle selon l'invention et, par exemple, dans le cycle d'Otto est la même. De ce fait, l'émission de NO et le nombre de composants nécessaires sont plus importants. La phase de détente adiabatique représentée également en traits mixtes de d1 à el provoque en même temps, dans le cycle d'Otto, une diminution de température, ce qui a un effet très défavorable sur l'oxydation ultérieure du mélange carburant-air non brûlé. RE~VENDICATIONS 1.- Procédé pour parcourir un cycle thermodynamique d'un mélange air-carburant dans des moteurs à combustion interne à compression isochore, comprenant un temps d'aspiration, un temps de compression, un temps de détente et un temps d'échappement, caractérisé en ce qu'après la phase d'aspiration isobare (a-b), on comprime adiabatiquement le mélange air-carburant au cours de la phase de compression (b-c) tandis que, pendant la phase de détente qui suit (c-f), et s'accompagne dtune combustion isochore jusqu'à ce que la pression maximale P1 du cycle soit atteinte avec fourniture d'une quantité de chaleur Q1, seule une fraction du mélange air-carburant est brûlée, pour obtenir une détente isotherme, le reste du mélange carburant-air est brûlé avec fourniture d'une quantité de chaleur Q2 et une quantité de chaleur Q3 est évacuée de façon isochore, et immédiatement après a lieu une phase d'expulsion isobare (f-a). 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange air-carburant brûlé au cours de la combustion isochore est de 80 à 90 5' et la proportion de mélange air-carburant brûlée au cours de la détente isotherme d'environ 10 à 20 de la totalité du mélange air-carburant d'un cycle.