Brevet FR2567958A2 — publié le 19860124

FR 2567958 A2 19860124 FR 8411320 A 19840717 Le présent additif concerne le procédé décrit par le Brevet principal permettant d'obtenir soit par modification ou remplacement des tubulures d'admission d'origine par un dispositif réalisé suivant ce procédé soit par modification du moteur lui-même, l'amélioration du rendement de la combustion et de la puissance réelle fournie par les moteurs à explosion.En variante ces améliorations résultent de l'utilisation d'un dispositif d'asservissement statique réalisé mécaniquement à partir d'un ou plusieurs capteurs thermiques capables de transférer avec des délais prédéterminés, les fluctuations en puissance et amplitude suffisante de chaleur captées sur les tubulures d'échappement ou sur les moteurs eux-mêmes, vers un ou plusieurs échangeurs thermiques placés dans la ou les tubulures d'admission de ces mêmes moteurs, ayant ainsi pour effet d'apporter au mélange d'admission les modifications et améliorations suivantes 1 - aérodynamique des tubulures d'admission.La conception de nouvelles tubulures d'admission mieux adaptées pour apporter au mélange et à tous ies régimes de rotation du moteur les varia tions simultanées de la température et de la pression d'admission, dans des plages permettant d'obtenir de meilleures caractéris tiques thermiques et polynucléaires en avance phénoménologique par rapport au début de la combustion dans les cylindres du moteur à explosion. 2 - régulation de la masse fluidique COMBURANT + CARBUPldxT. La régulation permise par le procédé suivant la présente addition rend possible l'action simultanée sur le volume, la température, la pression et la vitesse de propagation du mélange d'admission suivant des délais dépendant directement de la forme de la tubulure d'admission et des fluctuations thermiques captées en aval de la combustion du moteur à explosion. Les améliorations apportées par le procédé suivant la présente invention ont pourcorollaires, la réduction de la consommation de carburant, la réduction de la pollution(C0, hydrocarbure etc...) et l'augmentation de la puissance réelle fournie par les moteurs à explosion entraînant en outre, l'agrément d'une conduite plus souple, plus performante des véhicules équipés de moteurs adaptés suivant le procédé de la présent invention. Fig. 1 La figure 1 montre les dépendances thermiques (T) de délais (d)et de pression (p) qui peuvent être appliquées au mélange d'admission pour l'amélioration de la combustion, des moteurs à explosion. Le procédé suivant la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'admission (1, 2, 3) de longueur L de section S et de volume V pouvant être calculé mathématiquement ou par procédés graphiques , il se compose d'enceintes de formes définies pour les moteurs lents ou d'enceintes virtuelles 1, 2 et 3 pour les moteurs rapides, définies dans les tubulures d'admission ou dans la culasse moteur par zones de pression et de température qui seront traversées par le mélange C023URANT + CARBURANT.De formes aérodynamiques de section et de longueurs aptes à présenter des impédances et des fréquences de résonnance bien adaptées aux régimes dé rotation du moteur, ces enceintes permettant de recevoir un ou plusieurs échangeurs thermiques (6) dont le but est de modifier par asservissement statique, la température, la pression, ainsi que les caractéristiques de répartition des macro structures de carburant admis dans les cylindres (5) en avance phénoménologique sur la combustion. Combustion au cours de laquelle les températures d'équipartition d'énergie et les ondes de chocs pour les degrés de liberté considérés pour certaines molécules de carburant, auront statistiquement toutes chances d'entraîner des influences favorables sur l'évolution chimique du mélange au cours de la compression et de la déflagration dans les cylindres du moteur à explosion. le procédé suivant la présent invention imposeau mélange AIR + CARBURANT des modifications de structures suivant trois caractéristiques principales qui sont les suivantes - meilleure répartition du carburant émulsionné dans le mélange,qui doit être compris pour un bon fonctionnement entre un état hétérogène et un état gazeux tous deux non favorables, ainsi le mélange AIR + CARBURANT est composé de gouttelettes fines, de carburant à'état de vapeur, de gouttelettes de diamètre plus important dont l'évaporation est retardée, ce qui se traduit par l'admission dans les cylindres d'un mélange présentant des caractéristiques semi-hétérogènes variées les plus favorables par modification des température et pression d'admission en fonction des régimes moteur et conditions extérieures, c'est à dire : que le dispositif suivant la présente invention est calculé en fonction de données connues est mesurables constituées par les plages de températures de l'air ambiant1 des tubulures d'admissionde la combustion, des gaz d'échappement, des tubulures d'échappement ainsi que celles de la masse de mélange AIR + CARBURANT à transférer dans le cylindre à tous les régimes moteur, les délais de combustion dans le cylindre du moteur et la durée du transfert du mélange passant dans les tubulures d'admission composées des enceintes 1, 2 et 3, à tous les régimes du moteur les plages de températures, la puissance thermique et les temps de réponses définis pour le dispositif de transfert de chaleur (8),composé d'un échangeur de chaleur (6) en amont de la combustion, d'un capteur de chaleur (7) en aval de la combustion tous deux reliés par le corps du caloporteur (caloduc) pouvant atteindre suivant le type 'du moteur des longueurs inférieures ou égales à 2 mètres. Pour un meilleur rendement de la combustion des moteurs à explo sion, dont les informations thermiques qu'ils permettent de capter en aval de la combustion, fidèlement transférées avec un temps de retard prédéterminé en amont de la combustion, seront strictement représentatives du fonctionnement du moteur à explosion lui-même. - état des macrostructures de carburant pendant le transfert du mélange d'admission du carburateur ou de l'injecteur vers les cylindres du moteur à explosion. Pendant ce trasnfert, l'équilibre chimique du mélange subi des influences suffisantes et de durée compatible avec les délais nécessaires au transfert du mélange AIR + CARBURANT dans les cylindres et le délai de combustion pouvant entraîneur au cours de la déflagration une amélioration sensible du rendement de la combustion du moteur à explosion. - température et pression d'admission du mélange aspiré par les cylindres du moteur à explosion. Suivant une variante l'échangeur thermique (6) placé dans la tubulure d'admission (2) rempli un double rôle. Par sa forme, il entraîne localement l'augmentation de la pression du mélange d'admission et par son aptitude à échanger avec le mélange l'information thermique provenant des capteurs (7) inclus dans le dispositif de transfert thermique à temps de réponse (8) fixé sur l'échappement (4), fait varier sa température par l'intermédiaire du caloporteur. Or, température de combustion et pression maximum sont théoriquement connues comme des fonctions croissantes de la pression d'admission, alors que le dosage contrôlé de l'apport de chaleur venant s'ajouter à l'augmentation de;la pression d'admission introduit des notions de dépendances supplémentaires et parfois contradictoires de la combustion. Compte tenu de ce qui précède, le procédé suivant la présente invention permet de conjuguer les effets de la température due à l'apport de l'échangeur pour l'ensemble du mélange et des chocs thermiques subis par certaines gouttelettes de carburant lorsqu'elles viennent frapper l'échangeur (6) et de la pression d'admission résultant de l'aérodynamique de la tubulure et de l'apport de chaleur à certains régimes sur le mélange AIR + CARBURANT qui permettent de par leur temps de réaction légèrement supérieur au délai de combustion d'anticiper avec une bonne approximation sur le déroulement de la combustion dans les cylindres du moteur à explosion, améliorant ainsi le rendement thermodynamique dudit moteur à explosion. Ainsi par l'introduction du condenseurXéchangeur(6) dans 1' enceinta(2) on trans- forme cette enceinte(2) en venturi circulaire ou luminaire augmentant la pression d'admission et par les variatIons de chaleur reçues du capteur-évaporateur(7) on fait subir au mélange traversant l'enceinte(2), des transformations notables de pression, de température et d'état résultant des influences thermiques "Polythermes" imposées dans l'espace(x) déterminé par les parois de la tubulure d'admission(7) et le condenseur-échangeur(6) - Fig. 2- La figure 2 reporte dans un seul schéma les dépendances principales pour l'amélioration du rendement des moteurs a explosion irs paramètres de constructon et de fonctionnem,enr cu moteur par auto-asservissement vues précèdemment auxquelles on a ajouté la possibilité d'influer sur la durée de la combustion traduite en degré de villebrequin, obtenue par exemple par une déflagration plus soutenue.Cette amélioration est obtenue par anticipation en amont de la combustíon, sur la réduction des plages de pression de température et de dispersion des caractéristiques macrostructurelles présentées par le mélange d'admission, introduisant des notions de dépendances supplémentaires de la durée et de la température de combustion, entrainant une déflagration plus soutenue au cours du cycle moteur. Ces améliorations apportées par le procèdé suivant la présente invention sont concrétisées dans la pratique par l'augmentation dé la puissance réelle fournie par le moteur, la réduction de la consommation de carburant-et la réduction sensible des polluants résiduels à l'échappement. Ces améliorations ont également comme conséquences directes de permettre l'alimentation des moteurs en mélange Air-Carburant utilisant des essences à l'indice d'octane inférieur à celui du super carburant voire l'utilisation de carburant ne comprenant pas de plomb, du fait de la réduction du taux de compression nécessaire entraînant la réduction des cliquetis pendant le fonctionnement du moteur. Ceci est illustré par les résultats d'essais représentés en Fig. 3 à 6 de la planche 3/3. - La figure 3 représente les gains obtenus en réduction de consommation(7%) et augmentation de la puissance réelle (4%) lors des essais effectués dans urle utilisation sévère d'un véhicule fourgonnette 4F 4 RENAULT modèle 1983 en cycle urbain dit porte à porte et sur un banc à rouleaux de marque BOSCH, type LPS 002, muni d'un volant drinertie. - La figure 4 représente l'économie de carburant constatée au cours des essais effectués sur véhicule type 504 et 505 PEUGEOT résu-ltant de l'intégration de plus de 2000 mesures effectuées selon 7 configurations d'utilisation du véhicule, 1. ralenti plus de (20%), 2 à 90 Km/h (16% , 3. à 120Km/h (16%), 4 urbain (12%), 5. route (17%), 6. autoroute (12"), et 7. "en cycle EUROPE en ambiance extérieure" (9%). figure @ @@@@@@@@ @ @@@@@@@ d@ carburant constaté@au cours des essais effectués en vitesse stabilisée sur véhicule 504 11 CV PEUGEOT avec un débimètre électronique SOLEX, 1 à~gO Km/h (7 %),2à 120 Km/h (27 %) - La figure 6 représente les valeurs comparatives des polluants résiduels à l'échappement mesurés à MONTLHERY suivant les normes européennes appliquées par llU.T.A.C. ces mesures ont été effectuées au banc sur un véhicule 505 10 CV PEUGEOT modèle 1984. Les essais et mesures précisés ci-dessus ont été effectués après modification des tubulures d'admission 1, 2, 3 existentes, pour les rendre capables de recevoir les échangeurs/condenseurs (6) d'un dispositif à transfert de chaleur (8) dont les caractéristiques mécaniques, thermiques et technologiques pour diverses cylindrées de moteurs à explosion sont précisés ci-après - échangeur/condenseur (6), . puissance thermique rayonnée : 140 à 200 watts/cm2 . température de contact admissible : 120 à 180 degrés/ centigrades - capteur/évaporateur (7) . puissance de contact admissible : 500 à 3 000 watts . température de contact admissible : jusqu a 400 degrés/ centigrades . longueur du capteur/évaporateur : 100 à 300 mm - dimensions d'un tube à transfert de chaleur (8) . longueur : 300 à 2 000 mm . diamètres : 5 à 12 millimètres - Références constructeur de divers types de dispositifs de transfert de chaleur (8), étudiés et réalisés pour les types de véhicules automobiles suivants . PEUGEOT 504 modèle 1978 : référence TOR-4-3-H8-810 A . PEUGEOT 505 modèle 1984 : " TOR-4-3-M8-810 B . RENAULT 18 GTL : " TOR-4-2-MB-700 . RENAULT 4F 4 et 5 GTL : " TOR-4-2-M8-270 modèle 1983 . AUSTIN METRO modèle 1982 : " TOR-4-2-M8-650 C35 CAMION modèle 1982 : " TOR-4-1-M10-1010 REVENDICATIONS 1. Procèdé d'amélioration du rendement et de diminution de la pollution des moteurs à explosion selon la reven dication (1) du brevet principal caractérisé en ce qu'on impose au mélange comburant+carburant traversant l'espace (x) défini par la paroi de l'enceinte (2) d'échange ther miquet/tcondenseurSéchangeur (6) du dispositif de transfert de chaleur (8) des modifications de pression, de tempé rature, de semi-hétérogénité pendant un delai légèrement supérieur au délai de combustion dans le cylindre moteur, le sens et l'amplitude de ces modifications étant dépen- gants ceb régimes moteul et de lo tubulure d admission ( 1,2 et 3) dont la paroi portée à une température quasi stable équivalente à celle qui lui est transmise par le bloc moteur, imposant pour le mélange la traversant un échange thermique pdytherme entre la paroi de la tubu ure d'admission et l'échangeur-condenseur présentant une température variable mais localement plus élevée dépen- dant de celle collectée à l'échappement par le capteur évaporateur (7) transferée à l'échangeur (6) permettant aux macrostructures de carburant comprises dans le mélange de subir une modification d'état en avance phénoménologique sur la combustion dans le cylindre du moteur. 2. Dispositif por la mise en oeuvre du procèdé selon revendication 1 caractérisé en ce qu'il peut être réalisé industriellement après modification des tubu lures d'admission existantes ou par la réalisation de nouvelles tubulures d'admission devant recevoir les échangeurs/condenseurs (6) d'un dispositif à transfert de chaleur (8), dont les principales caractérístiques mécaniques, thermiques et technologiques pour diverses cylindrées de moteurs à explosion sont les suivantes - échangeur/condenseur 6) . puissance thermique rayonnée a 140 à 200 W/cm2 température d'équilibre . 120 à 180 degrés centigrade capteur/évaporateur (7) . puissance de contact admissible : 500 à 3000 watts température de contact admissible : jusqu'à 400 degrés centigrade . longueur du capteur/évaporateur : 100 à 300 mm - dimensions d'un tube à transfert de chaleur (8) . longueur : 300 à 2000 mm . diamètre : 5 à 12 mm 3 - Dispositif s1i-^=.t 7 endication 2 caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de transfert de chaleur (8) constitué par au moins un tube à chaleur " caloduc ", dont une extrémité ll condenseur/échan-geur(6) fixée dans la tubulure d'admission de forme apte à introduire dans l'enceinte (2), des modifications thermiques et acoustiques ayant pour conséquences d'entraîner au cours du fonctionnement du moteur des influences favorables sur la température, le dèlai de propagation et ltétat du mélange d'admission en amont de la combustion, dans le but d'introduire par autoasservissement de la combustion, des dépendances notables et globalement contrôlées sur la température initiale, les température: et pression de fin de compression conditionnant une bonne évolution chimique pendant la phase combustion qui se concrétise par la réduction du taux de compression nécessaire, la réduction sensible du seuil de cliquetis dans les cylindres et une augmentation de la puissance réelle fournie par le moteur à explosion, dont les résultats permettent d'aboutir à une réduction trés sensible de la consommation de carburant et de la pollution en gaz résiduels à l'échappement.