Brevet FR2542809A1 — publié le 19840921

La présente invention concerne un procédé pour améliorer le rendement d'un moteur thermique à allumage commandé. Dans les moteurs thermiques à allumage commandé, l'énergie perdue dans le laminage de l'air d'admission est importante. Par exemple, sur un véhicule de tourisme de milieu de gamme (1 300 cm3) la courbe d'utilisation en 4 ème, montre que la dépression au carburateur varie de 0 à 600 mB (370 mB à 90 Km/H). L'énergie mécanique dissipée au papillon, si l'on exclut les pertes de charge de l'ensemble du circuit d'admission peut atteindre 4 KW, ce qui représente une fraction considérable de la puissance utile. Le but de l'invention est de récupérer une fraction de cette énergie. Le procédé suivant l'invention consiste à insérer dans le circuit d'alimentation en air carburé ou non d'un moteur thermique à allumage commandé, un organe de détente travaillante mis en mouvement pàr l'air aspiré dans les cylindres, et susceptible de produire une puissance pouvant être utilisée sous forme mécanique, (sur l'arbre du moteur par l'intermédiaire d'une transmission et d'un embrayage), électrique (par entraînement d'un générateur électrique par exemple un alternateur) ou autre. Cette récupération s'effectue en abaissant la pression de l'air d'admission aux charges partielles, en le faisant passer à travers un organe de détente travaillante du type compresseur volumétrique (vis, ROOTS) utilisé en turbine ou du type turbine classique (périphérique etc...), au lieu de laminer uniquement l'air à l'aide du papillon. Suivant une caractéristique importante de l'invention, l'organe de détente travaillante peut fonctionner à la demande en compresseur de suralimentation en air du moteur thermique. I1 peut être combiné à un échangeur destiné à réchauffer les gaz d'admission dans la configuration détente travaillante ou à les refroidir dans la configuration suralimentation. La figure jointe illustre schématiquement un mode de réalisation de l'invention. En regard de la figure, on peut voir un moteur thermique 1, à allumage commandé avec son collecteur d'admission 2, relié au carburateur3, par une vanne papillon 4. Suivant l'invention on insère dans le circuit d'alimentation en air 5, un organe de détente travaillante 6, qui est mis en mouvement par l'air aspiré dans les cylindres. Cet organe de détente produit une puissance qui peut être utilisée sous forme mécanique (variante I) par exemple, directement sur l'arbre du moteur par l'intermédiaire d'une transmission 7, et d'un embrayage 8, sous forme électrique (variante Il), par l'entraînement d'un générateur électrique, par exemple un alternateur 9, ou autre L'organe de détente travaillante est agencé pour fonctionner à la demande, en compresseur de suralimentation en air du moteur thermique.Cette disposition permet ainsi de récupérer de l'énergie aux charges partielles du moteur et de suralimenter le moteur à pleine charge. Sur la figure, l'organe de detente est inséré en amont du carburateur. I1 pourrait tout aussi bien être inséré après le carburateur. Eventuellement, le rapport de transmission de l'or- gane de détente est modifié avec ou sans changement du sens de rotation. La variation de pression d'alimentation du moteur thermique est obtenue par variation continue ou discontinue du rapport de transmission entre le moteur et l'organe de détente, ceci aussi bien en configuration détente travaillante, qu'en configuration suralimentation. La continuité de la variation de la pression d'alimentation depuis les valeurs les plus faibles, jusqu'aux valeurs les plus élevées, est assurée en complétant le dispositif par un papillon 4, situé dans le circuit des gaz d'admission soit en série comme représenté, soit en parallèle avec l'organe de détente travaillante. L'organe de détente travaillante, éventuellement utilisé comme compresseur de suralimentation peut être un organe du type volumétrique par exemple connu sous le nom de "compreseur périphérique" ou sous le nom de 'compresseur ROOTS", ou de "compresseur à vis" utilisés en turbine. L'organe de détente travaillante peut être également une turbine classique (par exemple périphérique). La détente dans l'organe de détente provoque une chûte de température qui peut être préjudiciable (givrage). Pour remédier à ce phénomène, on insère dans le circuit d'air 10, un échangeur 11, susceptible de rechauffer les gaz admis dans le cylindre et faisant appel à la chaleur (circuit 13) soit des gaz d'échappement, soit au fluide du circuit de refroidissement du moteur. Dans le cas d'utilisé sation des gaz d'échappement, l'échangeur peut également servir d'échangeur air-air destiné à abaisser la température des gaz admis dans le moteuir lorsque l'organe de détente travaillante est utilisé comme compresseur de suralimentation Un contrôleur de température 14 de l'air d'admission, peut être prévu en aval de l'échangeur. Ce contrôleur peut agir sur une vanne 15, pour modifier le débit du cir- cuit 13, parcouru, soit par les gaz d'échappement, soit par le fluide de refro dissement du moteur. On améliore ainsi la combustion, ce qui conduit à une évolution positive de la pollution. L'agencement décrit peut être monté en parallèle d'un circuit d'admission classique, la répartition de l'air d'admission pouvant être modulée entre les deux circuits par le conducteur en fonction de l'agrément de conduite qu'il désirsobtenir. En variante, le carburateur 3, peut être muni d'aubes fixes éventuellement déformables pour améliorer le brassage du mélange air-carburant. REVENDICATIONS 1. Procédé pour améliorer le rendement d'un moteur thermique à allumage commandé 1, caractérisé en ce que l'on insère dans le circuit d'alimentation d'air 5, carburé ou non un organe de détente travaillante 6, mis en mouvement par l'air aspiré dans les cylindres, et susceptible de produire une puissance pouvant être utilisée sous forme mécanique, électrique ou autre. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la puissance produite par l'organe de détente 6, est utilisée sous forme mécanique et, est ajouté directement sur l'arbre du moteur par l'intermédiaire d'une transmission 7, et d'un embrayage 8. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la puissance produite par l'organe de détente 6, est utilisée pour entrainer un générateur électrique par exemple un alternateur 9. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'organe de détente 6, est installé de façon à pouvoir servir également de compresseur de suralimentation en air du moteur thermique en changeant de rapport de transmission avec ou sans changement du sens de rotation. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la variation de pression d'alimentation du moteur thermique est obtenue par variation continue ou discontinue du rapport de transmission entre le moteur et l'organe de détente, ceci aussi bien en configuration détente travaillante, qu'en configuration suralimentation. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la continuité de la variation de la pression d'alimentation depuis les valeurs les plus faibles jusqu'aux valeurs les plus élevées est assurée en complétant le dispositif par un papillon 4, situé dans le circuit des gaz d'admission et placé sout en série, soit en parallèle avec l'organe de détente travaillante. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'organe de détente travaillante 6, éventuellement utilisé également comme compresseur de suralimentation est un organe de type volumétrique. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'organe détente travaillante 6, éventuellement utilisé également comme compresseur de suralimentation est un organe connu sous le nom de "compresseur périphérique". 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, carac o térisé en ce que l'organe de détente travaillante 6, éventuellement utilisé également comme compresseur de suralimentation est un organe connu sous le nom de "compresseur ROOTS". 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'organe de détente travaillante 6, éventuellement utilisé comme compresseur de suralimentation est un organe connu sous le nom de "compresseur à vis 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'organe de détente travaillante 6, éventuellement utilisé également comme compresseur de suralimentation est une turbine. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'on insère dans le circuit d'air, un échangeur 11, susceptible de rechauffer les gaz admis dans le cylindre, et faisant appel à la chaleur des gaz d'échappement ceci afin de compenser la chûte de température, due à la détente travaillante. 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à L2, caractérisé en ce que l'échangeur 11, utilisé selon la revendication 12, sert également d'échangeur air-air destiné à abaisser la température des gaz admis dans le moteur lorsque l'organe de détente travaillante est utilisé comme compresseur de suralimentation. 14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'on insere dans le circuit d'air, un échangeur 11, susceptible de réchauffer les gaz admis dans le cylindre, et faisant appel à la chaleur du fluide du circuit de refroidissement, ceci afin de compenser la chûte de température, due à la détente travaillante.