Brevet FR2515739A1 — publié le 19830506

"Moteur adiabatique à injection de carburant" L'invention a pour objet un moteur adiabati- que muni d'une installation d'injection de carburant. Pour obtenir le rendement le plus élevé possible, on utilise suivant l'état de la technique aussi bien des moteurs Diésel que des moteurs à essence en "version adiaba- tique", c'est-a-dire sans refroidissement notable On doit ainsi récupérer, sous forme d'énergie de travail, au moins une partie de la chaleur qui serait autrement évacuée par refroidissement. On comprend aisément que de tels moteurs chauffent fortement. Cela peut, par exemple, conduire au rouge sombre pcur les éléments exposés à la chaleur, notamment pour les pistons, les soupapes, la culasse et les organes d'étanchéité Les mate- iaux métalliques usuels et les organes de glissement ainsi que les lubrifiants ne sont pas adaptés à de telles températures On utilise pour cette raison des matières céramiques spéciales et des organes de glissement nouveaux tels que paliers à air ou la lubrification à sec. Un autre problème est posé par le mauvais "remplissage" des cylindres par l'air aspiré, étant donné que cet air s'échauffe fortement sur les pièces chaudes En oucre, les gaz d'échappement très chauds évacuent inutilement, dans certains cas, une partie considérable (plus élevée que Canz les moteurs classiques moins chauds) de l'énergie du carburant. Pour cette raison, on dispose habituellement dans les moteurs "adiabatiques", en aval, des turbocompresseurs de suralimenta- tion qui utilisent une partie de l'énergie des gaz d'échappemernt pour assurer un meilleur remplissage des cylindres La grande quantité d'énergie contenue dans les gaz d'échappement oblige, en outre, à relier le turbocompresseur à l'arbre d 9 entrainertient par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission car le com- presseur n'a pas besoin d'autant d'énergie La complexité de cette récupération d'énergie empêche, notamment pour les petits moteurs la mise en application du "principe adiabatique". Compte tenu des problèmes posés par l Jétat -2.- de la technique mentionné précédemment, l'invention a pour but de créer un moteur adiabatique, notamment un moteur e combustion interne, du type indiqué dans le préambule et permettant, avec une construction simple, d'avoir un fonctionnement efficace avec une température de fonctionnement relativement basse. L'invention concerne à cet effet un moteur adiabatique du type ci-dessus caractérisé en ce qu'il est prévu, en plus de l'installation d'injection de carburant, une autre installation d'injection pour injecter de l'eau, l'installation io d'injection de carburant et l'installation d'injection d'eau pouvant être actionnées alternativement Lors du fonctionnement de l'une des installations d'injection, l'autre est à l'arrêt et inversement. Il est notamment prévu que les deux instal- lations d'injection soient actionnées après une série prédé- terminée de courses du piston du moteur. Les deux installations d'injection peuvent être actionnées par intermittence Le moteur fonctionne alors- alternativement en tant que moteur à combustion interne et en tant que moteur à vapeur Cela est possible aussi bien suivant le mode de fonctionnement à deux temps que suivant le mode de fonctionnement à quatre temps. La commande de l'injection d'eau peut, en ce qui concerne la fréquence, le déroulement dans le temps et La quantité, être notamment électronique. En tant que grandeur de commande de l'injec- tion d'eau, on utilise judicieusement une diminution de puissan- ce prédéterminée du moteur. En variante, la grandeur de commande de l'injection d'eau peut aussi être une température prédéterminée d'un élément de construction. Un réchauffage de l'eau,dans le domaine de la sortie des gaz pour récupérer davantage de chaleurest judicieux. Il est également avantageux de prévoir, en vue d'une nouvelle injection, une récupération de l'eau d'injection condensée dans le domaine de linstallation d'échappement- L'eau est alors captée dans l'installation d'échappement et filtrée. L'eau de l'installation d'injection d'eau est utilisée de préférence pour la lubrification du moteur, o il est prévu une lubrification avec un lubrifiant compatible avec l'eau. Suivant une forme de réalisation particulièr= rement avantageuse de l'invention, la chambre de combustion du piston du moteur et/ou de la culasse présente une grande surface pour que l'échange de chaleur soit optimal. Conformément à l'invention, il est donc proposé un moteur adiabatique, de préférence un moteur Diésel, comportant deux installations d'injection L'une des installa tions d'injection fonctionne de façon classique avec du carbu- rant, l'autre fonctionnant avec de l'eau Lors de courses différentes, par exemple alternativement, on brûle du carburant ou l'on n'injecte que de l'eaux L'eau se vaporise sur les éléments chauds et produit une course motrice au moyen d'une augmentation de pression Le moteur fonctionne alors alternativement en tant que moteur à combustion interne et en tant que moteur a vapeur. La commande de l'injection d"eau a lieu par voie électronique et est effectuée, par exemple, selon la diminution de puissance et les températures des éléments de construction. Une installation de gaz d'échappement particulière pour récupérer et chauffer de l'eau est prévue suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention. Un tel moteur présente un bon rendement et une température de fonctionnement qui est faible par rapport à un moteur adiabatique classique (température des éléments de construction plus faible' En effet, l'eau injectée froide ou réchauffée prélève de la chaleur, pour le processus de vaporisation, dans les éléments de construction voisins de la 4 - chambre de combustion, cette chaleur ayant été produite pendant un processus précédent d'injection et de combustion de carbu- rant dans le moteur. Dans un moteur adiabatique conforme à l'in- vention, on obtient avantageusement un bon "remplissage des cylindres,car l'air aspiré ne se réchauffe que modérément sur les éléments chauds En raison de la faible température de fonctionnement et de la faible quantité de chaleur évacuée dans les gaz d'échappement, il n'est pas nécessaire de disposer un turbocompresseur de suralimentation en aval, comme c'était le cas suivant l'état de la technique Un avantage particulier de l'invention résulte de la composition favorable des gaz d'échappement car les composés N Ox sont combinés par la vapeur d'eau des gaz d'échappement. Les éléments de construction du moteur sont réalisés de préférence en céramique pour avoir une bonne résistance à la corrosion et à la chaleur ainsi que de bonnes propriétés d'usure et de glissement. _ 5- REVENDICATIONS 1 Moteur adiabatique muni d'une installation d'injection de carburant, caractérisé en ce qu'il est prévu une autre installation d'injection pour injecter de l'eau, l'installation d'injection de carburant et l'installation d'injection d'eau étant actionnées alternativement. 2 Moteur adiabatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux installations d'injection sont actionnées après une série prédéterminée de courses du piston du moteur. 3 Moteur adiabatique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deux installations d'injection sont actionnées par intermittence. 4 Moteur adiabatique selon l'ensemble des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est prévu une installation d'injection d'eau à commande électronique. Moteur adiabatique selon l'ensemble des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la grandeur de commande del'injection d'eau est une diminution prédéterminée de la puissance du moteur. 6 Moteur adiabatique selon l'ensemble des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la grandeur de commande de l'injection d'eau est une température prédéterminée d'un élément de construction. 7 Moteur adiabatique selon l'ensemble des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est prévu un réchauffage de l'eau à injecter, ce réchauffage ayant lieu dans le domaine de la sortie des gaz d'échappement du moteur. 8 Moteur adiabatique selon l'ensemble des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est prévu une récupération de l'eau d'injection condensée, dans le domaine de l'installation d'échappement. 9 Moteur adiabatique selon l'ensemble des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est prévu une lubrification à l'eau ou une lubrification avec un lubrifiant 6 - compatible avec l'eau. Moteur adiabatique selon l'ensemble des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la chambre de combustion du piston du moteur et/ou de la culasse présente une grande surface.