Brevet FR2445435A1 — publié le 19800725

Dispositif permettant à un moteur à pistons à combustion interne, d'utiliser toute l'énergie mécanique des gaz de combustion en les détendant jusqu'à la pression atmosphérique dans la chambre de combustion. Le moteur classique à pistons possède une course d'admission égale à celle de ddtente et fonctionne suivant le cycle théorique ABCD (Fig.5), c'està-dire : À B : Compression adiabtique B C : Explosion C D : Détente adiabatique D A : Détente brusque (ouverture de la soupape d'échappement) l'énergie produite par un tel cycle est l'aire ÂBCD Wl = Wdét.CD - Wcomp.AB Elle est d'autant plus grande que le taux de compression est plus im portant. Pour un moteur à explosion courant (rapport volumétrique :8) un mélange stoechiométrique d'octane et d'air produit une énergie d'environ 1850 XJ/moîe d'octane (W1 = 1850 KJ/mole).Or, la combustion à la pression atmosphérique, d'une mole d'octane produit une énergie d'environ 1300KKCal (5400 KJ). Le rendement maximum théorique de ce moteur est donc de 34%. 66% de l'énergie est donc rejeté dans l'atmosphère dans les gaz d'achapc pement Les moyens permettant de récupérer cette énergie consistent actuellement à placer des turbines sur le circuit des gaz d'échappsment. Ceux-ci sont d'un rendement médiocre et dont compliqués donc peu utilisés. Si bien que, pour les usages courants, on diminue la richesse du mélange admis pour augmenter ce ren dement mais on diminue aussi les performances du moteur. L'invention permet de récupérer toute l'énergie mécanique des gaz de combustion, directement au niveau des pistons, en réalisant une détente prolon- gée Jusqu'à la pression atmosphérique. On peut ainsi admettre des gaz riches. On diminue la taille du moteur et on augmente le rendement. Son diagramme devient ABCE (Fig. 5),avec une énergie motrice: W = W1 + W2 Lerrendement de 34$ indiqué ci-dessus devient 55% (environ).On notera l'augmentation de puissance (62%) par rapport au système classique pour une même consommation decoombustible.Inversement,pour une même puissance,on observe une diminution de consommation de 39%,pour un remplissage au coefficient stoechio -nétrique. Le calcul des diffOrents éléments se fait,comme 1' indique la figure 6,en considérant la réversibilité des transformations. On va doncedéterminer le point "E',' après une combustion à la pression atmos -phérique des gaz à l'état""A" (Pa = lbar,Ta = Température ambiante,Va = Vo = Cylindrée * vo volume mort).On connait les quantités de chaleur de combustion des combustibles usuels dans ces conditions (1300 Kcal/mole pour l'octane). Bette quantité de chaleur (Enthalpiet permet suivant le nombre final de moles,de déterminer la valeur de Te (#H=#@E Cp.dT) et ensuite le volume Ve des gaz de combustion. Ce "Ve" détermine le point mort bas du piston en phase détente La position du point E dépend de la richesse du mélange. Aussi la détermi -nation du rapport,admission/détente, doit-elle se faire au "régime de croisière" du moteur(Fig. 7,courbe l). La surpuissance qui pourrait être demandée au moteur , est représentée par la courbe (2);la composition du mélange combus -tible doit entre aussi près que possible du coefficient stoechiométrique. Le ralenti correspond à la courbe (3);on notera pour cette dernière une zone résistante marquée (-) sur la figure. Les états "C"et "D" se déterminent par compression adiabatique des gaz à l'état "E" jusqutaux volumes vo (volume mort) et Vo (cylindrée + vo). Les energies de détente des gaz sont alors W@d PcVc - PdVd (intéressant le moteur classique) I-1 Wce PcVc- PeVe (intéressant l' invention) #-1 Le dispositif, objet de l'invention,(Fig8 8) comporte une came principale (8) qui a le profil adapté au mouvement de piston à obtenir. Cette came est solidaire d'un arbre (7) (unique arbre du moteur). La bielle (3) est articulée en (2)dans le piston (1) et suit le profil de la came gracie à deux galets (12). Le galet (11) suit la glissière (6) qui contre 1' effort radial sur le pied de bielle et le guide. L'arbre (7) porte aussi les cames (9) et (10) de commande d'admission et d'échappement. Les autres éléments (@ompe à huile, allumeur ou/et @o@@e d'injection) peuvent etre placés en bout Ct' arbre. La figure représente un bicylindre. On remarquera que l' on peut réaliser un multicylindre avec une seule came princirale (2), une seule came d'admission, et une seule came d'échappement. tes cylindres sont alors positionnés an ulai- -rement autour de la came (8) et de façon à obtenir les moindres eccarts de pression dans le carter moteur. Selon une autre réalisation de l'invention, le mouvement des pistons peut être obtenu râce a un jeu de pignonnerie planétaire (Fig9). Le système représenté est aussi un bicylindre , mais peut être étendu à un multicylindre. La courbe décrite par les pieds bielles (12) et (13) est une parallèle de "roulante". Elle est obtenue grâce à trois pièces essentielles : un pignon fixe (4), un pignon satellite (9) qui solidaire d'un villebrequin (5). le positionnement de ce villebrequin (5) par rapport au satellite (9) doit être très soi né. Le rapport ,r/? détermine le rapport admission/détente. Un deuxième jeu de pignon (6) et (il) identique au premier -(4) (9)- et en parfait alignement , permet de limiter le gauchissement du villebrequin. L'extrémité du villebrequin entrasse en rotation le pignon (3) et après le jeu de pignon (3)-(8),le couple moteur est récupéré sur 1' arbre (10). Celui-ci comporte en plus les cames d'admission et d'échappement. Une autre réalisation de l' invention consisterait à faire suivre aux pieds de bielles des parallèles d'épicycloïdes (voir Fig.3). Les pièces constitutives de ce système sont identiques par leur fonction au système décrit précédemment aussi cette réalisation n'est-elle pas développée dans ses détails. On remarquera que pour toutes ces réalisations, on a un cycle moteur par tour d'arbre. Le dispositif objet de l'invention eut être utilise dans la réalisation de tout moteur a pistons à combustion interne REVENDICATIONS I - Dispositif permettant de réaliser un moteur à combustion interne utilisant toute l'énergie mécanique des gaz de combustion, caractérisé en ce qutil comporte un moyen d'entrainement des pieds de bielle qui donne aux pistons une course de détente plus importante que la cause d'admission. 2 - Dipesitif selon revendication I caractérisé en ce que le moyen d'entraînement des pieds de bielles est une came dont le profil donne le rapport entre l'admission et la détente. 3 - Dispositif selon revendication I caractérisé en ce que le moyen d'entraînement des pieds de bielles est un jeu de pignonerie planétaire où le satellite est lié au pied de bielle.