Brevet FR2504200A1 — publié le 19821022

L'invention se rapporte à un moteur à combus- tion interne qui sert à l'entraînement du compresseur de la pompe à chaleur d'une installation de chauffage et est refroidi par une circulation d'huile en circuit fermé. Le but de l'invention est d'intégrer entière- ment dans le circuit de chauffage, la chaleur produite dans le moteur à combustion interne pendant son fonction- nement. La présente invention, à donc pour objet un moteur dans lequel la totalité de la chaleur produite pendant le fonctionnement, par exemple la chaleur de fric- tion résultant des mouvements des organes du moteur, la chaleur absorbée par l'huile de refroidissement, la cha- leur des gaz d'échappement de la combustion et autres est directement transmise à l'huile de refroidissement contenue dans un récipient collecteur d'huile de refroi- dissement et la chaleur accumulée dans ce récipient est transmise au fluide circulant dans le circuit de chauffa- ge de l'installation de chauffage, par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur unique. Dans les installations dans lesquelles le mo- teur à combustion interne entraîne encore un dispositif de production d'une chaleur supplémentaire (frein à fric- tion ou frein hydraulique) il est avantageux de transmet- tre également cette chaleur additionnelle à l'huile de refroidissement contenue dans le récipient collecteur d' huile de refroidissement et, de la transmettre de cette façon au circuit de chauffage. Les caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront mieux au cours de la description qui va suivre d'un mode de réalisation représenté aux dessins annexes et donné uniquement à titre, d'exemple Sur ces dessins: la Fig 1 représente un moteur à combustion interne à un seul cylindre et à refroidissement par huile accompagné d'un échangeur de chaleur, en coupe 2504 200 longitudinale; la Fig 2 illustre l'utilisation de la cha- leur de l'huile par le chauffage d'une maison. Sur la Fig 1 est représenté un moteur à com- bustion interne à injection à un seul cylindre, qui com- prend un corps 10, une chemise de cylindre 12, qui ici est encastrée ainsi qu'une culasse 14 fixée au corps 10 par des vis Dans le corps 10 tourillonne un vilebrequin 16 qui est accouplé à une bielle 18 Un piston 20 se dépla- ce dans la chemise de cylindre 12 et est accouplé à la bielle 18 par l'intermédiaire d'un axe 24 Un flasque 22 ferme une ouverture latérale 10 a du corps 10, qui est prévue par l'introduction du vilebrequin 16, et sert en même temps de palier principal pour ce dernier A l'ex- trémité émergente 16 a du vilebrequin 16 est fixé un volant d'inertie 23 qui sert d'une façon connue à entraîner des dispositifs ou analogues. Le corps 10 est ouvert à son extrémité infé- rieure et débouche dans un carter d'huile 11 qui est fixe sous le corps 10 La chambre los fontée à l'intérieur de la région inférieure du corps et dans le carter d'huile 11 est remplie d'huile et sert de réservoir d'huile. Dans la culasse 14 sont montées deux soupa- pes 26 qui commandent l'admission des gaz dans le volume actif du cylindre 12 et l'échappement des gaz hors de ce volume Les soupapes 26 sont actionnées de façon connue à partir d'un arbre à cames 32 muni de cames 32 a, par 1 ' intermédiaire de culbuteurs 28 et de poussoirs 30 A l'ex- trémité 16 b du vilebrequin 16 est fixée une roue dentée 34 qui est en prise avec une roue dentée 36, calée sur l'arbre à cames 32, qui assure l'entraînement des orga- nes de commande des soupapes Un flasque latéral 38 ferme l'ouverture latérale 10 d du corps 10 et sert en même temps de palier pour l'arbre à cames 32. Un injecteur 40 m Dnté dans la culasse 14 as- 2504 200 sure l'injection du carburant dans la chambre surmontant le piston 20 L'injecteur 40 est raccordé à une pompe d' injection non représentée Les culbuteurs 28 sont abrités par un couvre-culbuteurs 42 qui est fixé à la culasse 14. Une pompe d'alimentation à engrenages comprend deux roues dentées 44, 46 en prise entre elles, la roue 44 étant calée sur un arbre 48 solidaire d'une roue den- tée 50 qui est en prise avec le roue dentée 34 du vile- brequin 16 et reçoit son mouvement d'entraînement de la pompe 44, 46 de cette roue dentée. La chambre inférieure 10 S du carter 10, 11 et une chambre inférieure l Oss délimitée entre le corps 10 et le flasque 38 sont en communication de sorte que ces deux chambres sont remplies d'huile La pompe 44, 46 as- pire cette huile et la refoule, pour assurer la lubrifi- cation, vers les différents points de lubrification du moteur La constitution de tels circuits d'huile de lu- brification à l'intérieur des moteurs est universelle- ment connue et par suite n'a pas été représentée en dé- tail Le conduit de refoulement d'huile de la pompe 44, 46 est simplement indiqué en traits mixtes et désigné par la référence 52. Dans la région de la chambre de travail du pis- ton, est prévue, à l'intérieur du corps 10, une cavité annulaire 10 k constituant une chemise de liquide qui ne permet l'écoulement du liquide que dans la direction pa- rallèle à l'axe du cylindre La cavité 10 k est ouverte à sa partie supérieure et est en communication avec des ca- vités 14 k et 14 kk de la culasse 14 qui sont elles-mêmes en communication entre elles La conduite de refoulement 52 de la pompe à huile 44, 46 refoule l'huile, non seule- ment dans le circuit d'huile de lubrification 52 S repré- senté schématiquement (pour les zones de portée du vile- brequin 16) mais également, par une dérivation du conduit 52 k dans la chemise-de liquide 10 k o cette huile assure le refroidissement du cylindre 12 et des parois adjacentes Z 504 200 du corps 10 L'huile de refroidissement parcourt ensuite les cavités 14 k et 14 kk de la culasse 14, pour refroidir ici également des zones qui subissent une forte solicita- tion thermique ( 2000 à 2500 C) L'huile de refroidissement revient à la chambre collectrice l Os par un conduite de retour qui part de la cavité 10 k et se dirige vers le bas et qui est simplement indiqué schématiquement et désigné par la référence 52 r L'huile de lubrification en retour est également reçue dans les chambres l Os et l Oss. La chaleur absorbée par l'huile pendant sa cir- culation dans le circuit de lubrification etde refroidis- sement (environ 1200 C) est abandonnée dans le carter 11 qui est réalisé sous la forme d'un échangeur de chaleur. A cet effet, il est prévu un serpentin d'échange de cha- leur 54 dans le carter d'huile 11, et un agent de refroi- dissement fluide approprié, par exemple de l'eau froide, circule dans le serpentin 54 et absorbe à son tour la cha- leur de l'huile contenue dans la chambre collectrice l Os au cours de son parcours L'eau peut, par exemple, être amenée, à partir d'une conduite d'eau locale de type ha- bituel dans une conduite d'arrivée 54 a et être envoyée à un point de sortie approprié dans une conduite d'éva- cuation 54 b, après l'échange de chaleur. De cette façon, la chaleur que l'huile de re- froidissement et delubrification absorbe lorsqu'elle par- court les circuits correspondants dans les zones à forte sollicitation thermique du moteur à combustion interne est à nouveau extraite de l'huile contenue dans la chambre col- lectrice 10 S au moyen de l'échangeur de chaleur 11, 54, de sorte que cette huile peut être renvoyée et effectuer un nouveau circuit de lubrification et de refroidisse- ment après avoir été refroidie jusqu'à environ 90 'C. L'eau qui circule dans le système de conduits de l'échangeur de chaleur n'entre en contact avec aucun des organes du moteur à combustion interne Elle peut donc 2504 200 être utilisée pour l'échange de chaleur sans que l'on n'ait à craindre d'influences préjudiciables sur ces or- ganes. La Fig 2 illustre un mode d'utilisation de la chaleur de l'huile de refroidissement et de lubrifica- tion Ici, la chaleur de l'eau ( 80 à 90 C) qui a parcouru le serpentin 54 de l'échangeur de chaleur est transmise à l'installation En supplément, une pompe à chaleur de type connu est raccordée à cette installation 58 Le com- presseur 60 de la pompe à chaleur est entraîné par le mo- teur à combustion interne par l'intermédiaire d'un arbre d'entraînement 60 a qui est couplé au vilebrequin 16 du moteur Le circuit du réfrigérant refoulé par le compres- seur 60 comprend un évaporateur 62 dans lequel la vapeur de réfrigérant absorbe la chaleur du milieu qui l'environ- ne, par exemple de l'air Pendant la phase de compression la vapeur de réfrigérant est comprimée dans le compresseur et chauffé au cours de cette opération, pour circuler ensuite dans une conduite 64 traversant un condenseur 66 qui joue le rôle d'échangeur de chaleur Ici, la vapeur de réfrigérant chauffée cède sa chaleur à l'eau de chauf- fage qui traverse également le condenseur 66, dans une con- duite 68, venant de l'installation. Dans cette forme de réalisation, l'installation de chauffage 58 ne reçoit pas seulement la chaleur extrai- te de l'huile de refroidissement et de lubrification du moteur mais également la chaleur fournie par la pompe à chaleur. On peut encore élever la température de l'huile de refroidissement et de lubrification contenue dans la chambre collectrice l Os pour l'envoyer à une autre instal- lation par l'intermédiaire d'un échange de chaleur, en qualité de chaleur utile additionnelle, lorsque, ainsi qu'on la représenté sur la Fig 2, une partie en serpen- tin 70 S du tuyau d'échappement 70 du moteur traverse 1 ' huile contenue dans le collecteur los En effet, les gaz 2504 200. d'échappement de la combustion cèdent une importante par- tie de leur chaleur à l'huile contenue dans le collecteur l Os avant de s'échapper par la sortie 70 a du tuyau d'échap- pement 70. On peut également accoupler un frein hydrauli- que 72 de type connu à l'extrémité 16 b du vilebrequin 16 et faire circuler une partie de l'huile aspirée dans le collecteur l Os à travers le frein 72 Lors de la circula- tion de l'huile dans le frein, la chaleur de l'huile est encore augmentée par l'effet de frottement à l'intérieur du frein. 2504 200 REVENDICATIONS 1 Moteur à combustion interne qui sert à en- traîner le compresseur de la pompe à chaleur d'une instal- lation de chauffage et est refroidis par une circulation d'huile en circuit fermé, caractérisé en ce que la totalité de la chaleur dégagée dans le moteur pendant le fonction- nement, telle que la chaleur de friction résultant des mou- vements des organes de la machine, la chaleur absorbée par l'huile de refroidissement, la chaleur des gaz d'échappe- ment de la combustion et autres, est amenée directement à l'huile de refroidissement contenue dans un récipient col- lecteur (los) et la chaleur recueillie dans ce récipient est cédée au fluide du circuit de chauffage de l'installa- tion de chauffage ( 58) dans un échangeur de chaleur unique ( 11, 54). 2 Moteur à combustion interne suivant la re- vendication 1, qui entraîne en outre un autre dispositif ( 72) pour produire une chaleur additionnelle, caractérisé en ce que la chaleur additionnelle est amenée à l'huile de refroidissement contenue dans le récipient (l Os) collec- teur d'huile de refroidissement et est transmise au cir- cuit de chauffage ( 54, 58). 3 Moteur à combustion interne suivant la re- vendication 2, caractérisé en ce que le dispositif ( 72) est un frein à friction ou un frein hydraulique.