Brevet FR2559839A1 — publié le 19850823

Dans le bilan énergétique des moteurs à piston à combustion interne, une grande partie de l'énergie dispo- nible se dissipe. De toutes les pertes énergétiques, la plus grande revient à l'énergie dissipée dans l'environne- ment par les gaz d'échappement. Jusqu'à-présent, de nom- breuses tentatives ont été effectuées pour l'utilisation de cette énergie moyennant une turbine entrainant un com- presseur (suralimentation du moteur) ou pour la renvoyer directement à l'arbre moteur. Etant donné le rendement d'exploitation relativement bas de la turbine, la possibi- lité indiquée en second lieu est rarement utilisée, car son avantage est infime si l'on tient compte de la complexité de la construction. L'objet de la présente invention consiste à utiliser, au lieu de la turbine, une solution en principe entièrement nouvelle: le détendeur rotatif des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne, qui présente un rendement énergétique à peu près deux fois supérieur à celui des turbines. Le moteur à piston sur lequel le détendeur indi- qué ci-dessus est utilisé, présente de nombreux avantages: rendement supérieur de 13 à 25 % (suivant le niveau d'opti- misation et d'adaptation au moteur); caractéristiques de commande sensiblement plus avantageuses; course de détente plus régulière; bruit et pollution d'air moindres. La fa- brication en série du détendeur proposé serait moins coû- teuse que celle d'une turbine à gaz d'échappement classique. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre en référence aux dessins annexés dans lesquels: La Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif selon l'invention, et la Fig. 2 est une vue en coupe transversale d'un dis- positif selon l'invention. De manière plus détaillée, les éléments indiqués sur les dessins annexés sont référencés comme suit: 1 - élément de raccord au tuyau d'échappement 2 - pièce de fixation d'un carter 3 - écrou pour la solidarisation de 1 et 2 4 - bague d'étanchéité - rotor 6 - carter entourant le rotor 7 -- bague annulaire 8 - écrou de fixation du rotor 9 - douille entourant 7 et 8 bague d'étanchéité entourant coaxialement 19 ll - moyen de solidarisation par serrage à un support 23 12 - buse d'amenée d'huile 13 - poulie d'entraînement de courroie solidaire en rota- tion de 19 14 - plaque annulaire de blocage d'un palier 18 - bague d'étanchéité solidaire et coaxiale à 14 16 - presse-étoupe 17 - douille annulaire d'espacement du palier 18 18 - palier comportant deux roulements séparés axialement par la douille 17 19 - arbre mené, solidaire en rotation du rotor 5, suppor- té par les paliers 18 20 - clavette 21 - écrous de serrage de la poulie 13 22 - bague d'étanchéité interposée entre la poulie 13 et les écrous 21 23 - support de l'ensemble 24 - chambre de compression des gaz - buse de sortie des gaz comprimés 26 - évacuation des gaz 27 - protection thermo-isolante. A partir du tuyau d'échappement du moteur à combustion interne, les gaz sont dirigés à travers le raccord (1) vers l'intérieur du rotor (5), et, de là, vers les chambres de compression des gaz (24) et les buses. Ces dernières ont un profil soigneusement particulier (buse de Laval) afin d'amoindrir la résistance à l'écoulement et d'en aug- menter la vitesse. L'augmentation de la vitesse d'écoule- ment à travers les buses est encore accrue grâce à l'action de la force centrifuge sur le fluide dans le rotor (5)J Lors de l'écoulement des jets hors des buses, il se forme des forces de poussée dues à l'action réactive, de sorte qu'à partir du couple des forces il résulte un moment moteur qui est transmis à partir du rotor, par l'intermé- diaire des clavettes (20), à l'arbre (19) et, de ce dernier, à l'arbre du moteur par l'intermédiaire de la poulie à courroie (13), ou éventuellement d'un autre type de trans- mission. Le Jeu des bagues d'étanchéité (4) peut être ajus- té à l'aide de l'écrou (3). En cas d'usinage précis et de jeux rotorcarter faibles, l'écrou 3 et la bague 4 peuvent être éliminés. L'arbre de commande (19) s'appuie sur les paliers (18), qui peuvent être à roulements, leur lubrifi- cation étant alors assurée depuis le moteur par la buse (12).. Après serrage du rotor à l'aide de l'écrou (8), on met en place la douille de protection (9). A l'aide du serre-joint (il), on fixe le détendeur.sur le support (23), qui peut être mobile en vue d'assurer la tension de la courroie.: Aprèsl-.éur dêtente, Les gaz,d n'ont d hors du carter du détendeur (6) par le tuyau (26) vers le conduit d'échappement. Les sections de passage du raccord (1), du rotor (5), de l'amenée des gaz (24) et des buses (25) sont réglées suivant les paramètres du moteur à. combustion interne. Pour augmentez-r 'afficacité du uétensur, on y- applique une cou- che de matière thermo-isolante- sur les surfaces internes -du collecteur d'échappement, du raccord (1) et du rotor (5). Le dessin montre la construction d'unprototype, présen- té à titre d'exemple non limitatif, auquel l'homme de l'art pourra apporter des perfectionnements, notamment en vue de la fabrication en série, sans sortir du cadre de l'in- vention. En particulier le détendeur en forme de tambour fermé peut être r6éalis selon dautres variantes construetives possibles, surtout en ce concerne les 6léments 1i, 4,-5, 6, l3, 18,. 24h 25 et 2X,; - REVENDICATIONS 1. Détendeur rotatif des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne, caractérisé par le fait qu'il comporte un raccord au tuyaud'écbappement du moteur (1), un rotor de détendeur (5), sur la périphérie duquel sont placées des chambres de compression de gaz (24) et des buses de sortie des gaz (25), des bagues d'étanchéité (4 et 10), des éléments de transmission du mouvement du rotor (13, 19, 20) à l'arbre du moteur, d'une couche de matière thermo-isolante (sur les éléments 1, 6 et 9) et des pièces auxiliaires indispensables à la construction du détendeur. 2. Détendeur rotatif suivant la revendication 1, se caractérisant par un rotor en forme de tambour fermé (5), sur la périphérie duquel est créée une action réactive à partie des buses (25). 3. Détendeur rotatif suivant la revendication 1 ou 2, appliqué à la récupération de l'énergie résiduelle de fluides d'échappement (gaz, vapeur, etc.) de moteurs quelconques.