Brevet FR2608676A1 — publié le 19880624

PRINCIPE DE REFROIDISSEMENT FORCE ET DE PRESSION D'ECHAPPEMENT AUGMENTEE DES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE. Dans un moteur à combustion interne traditionnel,nous relevons: température des gaz: 60 C à l'admission; 3000 C à l'échappement température des bougies: 200 8 au ralenti; 850 OS sur autoroute. Il apparaît donc que l'intégration des gaz dans la chambre, est handicape par un facteur thermique @F' ,qui nuit parallèlement à la fiabilité générale du moteur .En conjuguant à la phase d'échappement des ga% brûlés,une phase de circulation d'air frais dont nous étudierons le cycle particulier plus après,nous aurons simultanément une amélioration des performances et de la fiabilité ainsi qu'unie réponse partielle aux charges sus-citées. La présente invention concerne un principe propre à assurer le fonctionnement théorique que nous venons de décrire. Reprenons les quatre temps du principe traditionnel: -@DMISSION -COMPRESSION -EXPLOSION Une turbine entraînée par une courroie périphérique du vilebrequin va comporter trois zones distinctes de modification des pressions de gaz relatives aux moteurs à combustion interne, La première,ou principale que nous nommerons T2,aura le rôle de ventiler par un apport d'air frais, la chambre de combustion,et ce, dans un temps parfaitement indéxé sur celui d'échappement. EXPLICATION: au moment de l'ouverture de la soupape d'échappement, une soupape annèxe ouvrira la voie à l'air frais pulsé par la turbine,afin que cet air neuf créée un refroidissement et un Schappe- ment forcé dû a une quantité de gaz QGx supérieure à celle que peut contenir le volume de la chambre,Se référer au schéma n I situe en fin de texte, Outre le bénéfice de cet échappement secondaire,cette arrivée d'air froid offrira également la faculté d'abaisser considérablement la température #G.éch,des gaz brûlés,Il apparaît donc que: -bien que le volume de gaz à évacuer soit supérieur (plus important) ,satempérature sera plus basse.Cette entrée d'air froid sera donc régulée par deux organes:: I) la soupape dont le temps d'ouverture est rigoureusement calqué sur celui de la soupape d'échappement; 2) la conjonction mouvement/vttesse de remonte du piston. Se référer au schéma n 2 sur lequel nous pouvons voir les trois zones de la turbine.Pour récapituler,la partie T2 fait pénétrer de l'air frais (trait double) dans la chambre de combustion pendant que la soupape d'échappement est ouverte.@insi,la conjugaison des gaz chauds brûlis (trait pointillé)@et de l'air froid va augmenter la pression des gaz d'4chappement,que la partie T7 de la turbine va de toute façon aspirer pour mieux les évacuer.la troisième partie TI de la turbine,n'est autre que l'organe d'une admission forcée,comparable à celle que l'on trouve dans les moteurs suralimen tds.La partie appelent le plus de commentaires est,d'une façon incontestable,l'envoi d'air frais dans les cylindres,ainsi que toute la mécanique qui s'y rattache.Cette arrivée peut se faire par le moyen d'une soupape supplementaire commande par un cuibuteur,lui- -même éventuellement piloté par la même came que celle du cuibuteur d'échappement.L'adjonction d'un arbre à cames supplémentaire n'est pas un besoin impératif.De plus,il ne ferait qu'ajouter de nouvelles pièces mécaniques mobiles.Bien évidemment,chacunes des trois zones de la turbine est commune à la totalité des cylindres,ou mieux encore,à chacune des ranges de cylindres dans le es de moteurs plus évolués.Nous pouvons maintenant comprendre que pour que ltefficacitz de ce système soit la plus grande possible,sinon optimale,il faudra que la quantité d'air frais injecte pendant le temps d'ouverture des soupapes soit aussi importante que possible; afin que le balayage des gaz de combustion soit parfait, Jette quantité d'air est évidemment fonction de deux critères I) la vitesse de rotation de la turbine; 2) la pression de l'air délivré par la turbine De plus,le qualité d'aspiration de T7 criera une dépression favorisant d'autant l'introduction de l'air frais.C'est notemment la raison pour laquelle il apparait logique d'entraîner mécaniquement la turbine.La pulsion de l'air frais est un freinage qui,ajoutz à celui de la suralimentation,ne pourra être compensé par la force d expulsion des gaz par T3.En effet,la presiion des gaz d'échappement et celle d'admission de l'air frais sont parfaitement liées,et par conséquent ,INDISSOCIABLES dans une telle configuration.Bien sûr, il serait possible de créer une inertie mécanique afin de supprime le besoin d'entrainement de la turbine,.. Mais nous réduirions pa rallèlement la pression d'admission d'air frais et la pression d' échappement des ga7,parce que la quantitd d'air frais injecté serait moindre;;et par conséquent,nous diminuerions diautant la pression de suralimentation.L'intérêt de l'invention serait donc tout à fait né- gligeable comparativement à ce qui existe par ailleurs.Comme de plus nous avons besoin d'une pression de pulsion d'air,stable et élevée, l'apparente solution consiste donc à annéxer la vitesse de rotation de la turbine au régime du moteur.Il est logique qu'un apport forcé d'air froid ne ssurait aider un moteur froid à acquérir idéalement sa température de fonctionnement.C'est donc à un capteur thermo-X- lectrique ou dlectronique que nous allons confier la tâche de déterminer le seuil à partir duquel la mise en fonction de notre système va s'avérer rentable.1'adoption frécuente de deux soupapes sur le circuit d'échappement prouve l'importance qu'il y a à se debar- rasser au mieux et au plus vite de ces reliquats de combustion. Toutefois,si la nature de T1 et T2 se pose pas de véritable problème,il n'en est pas de même pour T3.C'est en effet la partie de la turbine qui va être soumise aux températures les plus élevées, Il faudra donc prévoir un matériau dont l'indice de conduction thermique soit aussi bas que possible.C'es notemment le cas de la céramique que les Japonais ont récemment remise au goût du jour. De plus,comme pour les systèmes maintenant éprouvés de compresseurs et turbo-compresseurs,une parfaite lubrification devra être réalisée. REVENDICATIONS I) Le moteur possède un orifice ouvrable et fermable A commande m@canique,permettant à de l'air frais injecté sous pression,de balayer l'intérieur 1c;ylIndre afin de le refroidir avant chaque phase d'admission;ainsi que de mieux éliminer tous les reliquats de gaz de 2) Le temps de balayage du cylindre est égal au temps de l'échappement afin que la durée de ventilation soit la plus grande possible, 3) L'entrde de l'air frais dans le cylindre se fait grace à une soupape commandée par l'arbre å cames après avoir été pulsé par une turbine, 4) Cette turbine entrainée par un moteur électrique (ou par un axe moteur duquel l'entrainement de la turbine sera débrayable), comporte trois zones distinctes. 5) Ces zones sont: a) TI qui a pour rôle de suralimenter le moteur en comprimant le mélange destiné à l'admission; b) T2 qui a pour rôle d'injecter l'air frais dans le cylindre; c) T3 qui a pour rôle d'aspirer le mélange "air de ventilation/ gaz de combustion" . 6) Pour optimiser le fonctionnement du moteur (par ce principe), la zone de la turbine -d-6nt le rôle est l'évacuation (T3),aura une vitesse de rotation supérieure h celle chargée de la pulsion de l'air frais,(T2) 7) Pour ne pas handicaper le fonctionnement du moteur froid par un refroidissement aussi inadéquat que prématuré,le seuil de déclenchement de la commande de la triple turbine sera confié à un capteur thermique,électrique ou électronique, 8) Pour conférer au moteur une puissance et une fiabilité accrues en dépit d'une souplesse conservée,lavitesse de rotation de la turbine sera progressivement et régressivement proprotionnelle å celle du moteur. 9) En conservant la relation proportionnelle des vitesses de rota tion du moteur et de la turbine dans le cas de moteurs å usage courant,on peut aisément concevoir une "dérive augmentationnelle" de cette proportion,dans le cas de moteurs S plus hautes performances . 10) les trois zones de la turbine dtant interdependantes,une augmentation ou une réduction avisée ou inconsidérée de sa vitesse de rotation aura pour effet d'augmenter ou de réduire d'autant: a) la pression d'admission; b) la pression de pulsion d'air frais de balayage; c) la puissance d'aspiration des gaz brûlis conjugués à l'air de balayage, N.B / Bien qu'il soit plus aisé de concevoir la réalisation de ce principe sur des véhicules neufs pour des raisons d'étude de culasses et d'organes de distribution notemment,l'adaptation de véhicules dotés de deux soupapes d'êchappement ne sera pas probléma- tique si l'ensemble des pièces du moteur accepte de recevoir un surcroît de puissance apportd par la suralimentation...Dans ce cas, il suffira d'utiliser l'une de ces deux soupapes comme canal d'en trée d'air frais,et par conséquent de la rallier 9 la turbine.(Sch.G.@)