Brevet FR2689565A1 — publié le 19931008

Alors que, le rendement des moteurs et notamment, de ceux dits à explosion de véhicules, est demeuré, malgré un siècle de perfectionnements successifs, désespérément assez médiocre, puisque le gaspillage d'énergie, y dépasse encore, les 2/3 de celle mise en oeuvre, l'invention vise à en améliorer considérablement, la puissance spécifique et le rendement avec une réduction d'autant de la pollution, en combinant originalement, à énergie usuelle de dilatation des gaz exploses, l'énergie électrique auxiliaire, paradoxalement tirée de celle, jusqu'ici résiduelle de ces gaz exploses, grace à leur "ionisation" renforcée, selon une variante discontinue, de la technique "M R D pour magnétohydrodynamique" et en assurant, une sorte de réhabilitation, en réalisant originalement les explosions successives, dans des enceintes thermiquement et électriauement isolées, de forme par exemple lenticulairement creuses, de façon à réaliser ainsi, de façon nouvelle, des sortes de "plasmas" de gaz, en leur région centrale, par focalisation dans cette zone et à la fois, des rayonnements, des fronts de flammes et des "ondes de chocs" à caractère "bri sans', engendres par les formes creuses, pour y exacerber l'ionisation, par arrachement d'électrons sous haute température et y multiplier ainsi des "charges électriques dites libres", avec les champs magnétiques qui y sont liés, dont le caractère fugace et de grande vitesse de variation, est bien approprié, pour "induire" ainsi des impulsions successives de courants électriques, dans des "induits" périphériques et les reporter "en phase", dans les bobinages d'un moteur électrique auxiliaire, avantageusement "à impulsions", couplé avec le vilebrequin usuel du moteur. D'autre part, l'invention s'étend, à la transposition d'une variante d'induits périphériques précités, de la partie supérieure à la partie in inférieure, d'un cylindre de coulissement de piston, pour le combiner alors avec un "inducteur", constitué par un électro-aimant ou un aimant "permanent" tubulaire, incorporé à la partie inférieure de la jupe du piston et dont l'interaction, réalise ainsi un alternateur d'automobile, particulièrement simplifié, léger et économique, avec son électronique connue de complément. Enfin, l'invention vise, à combiner une ou plusieurs des dispositions précitées, avec une structure d'automobile allégée, pour permettre ainsi des réalisa.tions simplifiées et économiques, d'automobiles dites "hybri- des électriques". On comprendra mieux ces caractéristiques nouvelles, ainsi que d'autres qui s'y rattachent et les avantages de l'invention, en se reportant à la description suivante, dont d'abord, le shama de la Fiv.1 illustre bien, l'interaction de fonctionnement de principe précité. En effet, cette Fig.1 représente, une coupe schématique en élévation de tronçons, de la partie supérieure, d'un piston de moteur à explosion et de l'induit périphérique correspondant, dans son cylindre de guidage et coiffé de la culasse appropriée, dans la position dite de fin de course de compression, du piston. Tandis que, la Fig.2 représente, une coupe schématique partielle, en élévation, d'un tronçon de la partie inférieure, d'une jupe de piston de moteur à explosion et de son environnement, pour réaliser un alternateur de véhicule allégé, simplifié et économique. Selon ce schéma de la Fig.1, on voit que le piston-I-, en alliage d'aluminium, représenté dans sa position supérieure, de fin de course dite de compression, dans l'un des cylindres d'un moteur à explosion, par exemple et avantageusement à 3 cylindres, dit 2 temps, permet ainsi d'obtenir, de façon connue, une réduction de poids, d'encombrement et des frictions, par rapport aux 4 cylindres à 4 temps traditionnels et un fonctionnement plus souple, comparable à un 6 cylindres. En outre et surtout, la surface supérieure de ce piston -1- est originalement incurvée, en -2- et comporte, une mince transformation superficielle, de l'ordre de 0,3 millimètre d'épaisseur, en alumine poreux, par une oxydation "anodique dite aluminitage", réalisant ainsi et à la fois, une robuste incorporation, dans le métal sous jacent et une bonne isolation thermique et électrique, de faible inertie, tandis que ce même traitement est réalisé, sur toute la surface interne, de la chambre d'explosion -3- dans la "culasse" -4-, également moulée de façon usuelle, en alliage d'aluminium, avec des segmentations superficielles, en forme de mosaïque, pour en faciliter les variations de dilatation, tandis que cet aluminitage se retrouve, à la périphérie du joint de culasse -J-, s'il est avantageusement, en alliage d'aluminium. Ce sommet du piston -1-, réalise en même temps, un "bouclier" de protection thermique, devant le "noyau", originalement annulaire -5- de 1' "induit", qui est réalisé en alliage de "fer et nickel", à haute perméabilité magnétique et point de Curie élevé, avantageusement filé, feuilleté ou fritté, pour y réduire les pertes, complété par son bobinage de cuivre -6- et sa "cuirasse", également ferro-magnétique -7-, tandis qu' une circulation d'air et préférablement d'eau, en assure le refroidissement. Cette interaction de moyens et procédés est avantageusement combine a.vec, une alimentation de carburant pulvérisé, dite par injection directe "multipoint", de façon à permettre de mettre en oeuvre, staux de compression maximaux avec des "auto-surchauffes" correspondantes des gaz comprimés, tandis que l'orientation tangentielle -T-, de cette pulvérisation réalise, par effet dit d'avalanche, une sorte de catapultage nréfé- rentiel des turbulences, en forme de mini-tornaRes, selon une orientation centrifuge, qui amène les fractions les plus loures à la périphérie et celles de carburant les moins denses, au voisinage de la bougie centrale -8-, précisément au moment où son étincelle, entrainera. ainsi l'explosion avec détente brutale des gaz et des fronts de flammes élargis qui, asso ciés à des "ondes de chocs" et à leur "focalisation" commune, avec celles des rayonnements, dans la zone centrale et bien isolée, thermiquement et électriquement du "confinement", y exacerbe la formation de "plasma" et donc de "charges électriques libres" et de champs magnétique- qui y sont inhérents et dont l'apparition et la disparition fugace et synchronisée avec l'effacement, de l'effet de bouclier du piston -1-, devant l'induit et d'abord son noyau -5-, assurera ainsi leur défilement à proximité par effet centrifuge et 'aspiration magnétique", en produisant une impulsion de courant électrique induit correspondante, dans le bobinage -6- et ré itérée a chaque cycle. I1 est alors facile de comprendre, sans exposé complémentaire, que le processus ainsi décrit, pourra être mis en oeuvre, dans au moins un cylin re d'un moteur à explosion et ponr toutes applications, notamment aussi bien, pour des moteurs mono ou polycylindriques, à 2 comme à 4 temps et que cette production d'électricité, par au moins un "induit", incorporé au bloc moteur, permettra de faire l'économie de l'alternateur usuel et du même coup, de simplement substituer, au même emplacement, le moteur électrique auxiliaire, avantageusement "à impulsions" approprié, pour surajouter à la puissance du moteur à explosion usuel, celle de l'énergie électrique, ainsi récupérée et "en phase", tandis que la discontinuité de puissance, serait compensée de la façon habituelle, par le "volant d'inertie" renforcé en conséquence, alors que l'appareillage électronique connu de regroupement des impulsions électriques, donnerait avantageusement la priorité, à la recharge après "redressement", de la batterie usuelle des automobiles, au prix de la réduction correspondante, de la puissance du moteur, avant de s'y surajouter, dès la fin de recharge de l'accumulateur détectée des que la tension prédéterminée, à cet égard serait atteinte et alors limitée, par un contacteur disjoncteur approprié et agissant aussi bien, lors de la recharge de la batterie, dans un garage. Au surplus, ce moteur électrique auxiliaire d'automobile, serait avan tageusement approprié, pour être réversible en générateur et permettre d' en inverser le fonctionnement et récupérer l'énergie de freinage, en réa lisant ainsi un "ralentisseur", asservi à un contacteur à inertie et ré duisant d'autant, l'usure des garnitures des freins, tout en rechargeant gratuitement la batterie d'accumulateurs de l'automobile. Abstraction faite, de cette dernière caractéristique, les autres seraient aussi bien obtenues, selon une variante d'exécution, substituant aux induits de production d'électricité et à leur utilisation, dans un moteur auxiliaire, une mise en oeuvre directe, dès la naissance des charges électriques libres, en réalisant alors et ainsi, une électrolyse d' eau sous haute température, dite "thermolyse", à état pulvérisé et injecté, simultanément avec l'injection de carburant et selon la même pro grammation, ou plus simplement par pulvérisation dite "indirecte" et réalisant, dans tous les cas, une sorte de "post-combustion", mais simultanée, de lthydrogène et de 1 'oxygène ainsi thermoXysés et au surplus, très réactifs, en leur état dit "naisspnt", en réhabilitant encore, du moins pPrtiellement, le fameux moteur à eau. D'autre part et dans tous les cas, pour tous autres véhicules, même à propulsion dite "diesel", comme pour la simple animation d'outils, selon l'invention, on pourra avantageusement substituer, à l'alternateur, au volant magnétique, ou un organe nquivalent, une production d 'impul- sions de courant conparables, selon la Fig.2, par l'interaction d'un aimant "permanent" tubulaire -9-, avantageusement à "hautes performances serti à l'extrémité de la jupe du piston -1- et calibré extérieurement, au même diamètre, par rectification dite "centerless", suivie d'une incorporation de lubrifiant, comme le bisulfure de molybdène, pour coulisser, dans le noyau tubulaire -10-, feuilleté ou fritté en alliage de fernickel, à haute perméabilité magmatique et point de Curie élevé, retenu per effet crJroaknique et alésé en même temps et au même diamètre, que 1' alésage du piston -1-, tandis qu'il est combiné avec son bobinage d > in- duction -11-, avantageusement enrobé d'isolant, et ainsi susceptible d' etre utilisé isolément, ou groupé avec un nombre quelconque de cylindres ainsi équipéret ainsi produire, dans l'exemple choisi d'un moteur à 3 cylindres, des impulsions électriques "triphasées". On précisera que dans cette combinaison, l'utilisation d'un aimant permanent tubula.ire fendu, à la façon des "segments", réduirait d'autant "l'entre-fer" avec le noyau -10-, tandis qu'une alimentation inversée et renforcée, du bobinage -11-, pourrait assurer une réaimantation coaplé- me nt aire et cyclique, de l'aimant permanent -9-. L'invention vise encore les combinaisons nouvelles, de moteurs ainsi perfectionnés ou non, avec des structures d'automobiles allégées et connues, pour faciliter ainsi le lancement original et économique, conforme à l'invention, d'automobiles dites "hybrides électriques", avec des frais de fabrication très réduits, même pour de petites séries et d'autant que la "capacité" de la batterie dite de traction est réduite en conséquence. Dans ce but, selon l'invention, on combine de préférence un moteur déjà perfectionné, selon les dispositions précitées, et par exemple, avec une structure d'ensemble d'automobile aite: EXV-IV, par son constructeur TOYOTA au JAPON et constituant, un petit coupé deux places aérodynamique, qui roule très vite, à pres de 170 Kmh. avec son moteur de 64 CV. seulement, glace a un poids 'ensemble très réduit, de l'ordre de 450 Kgs. pour un encombrement de 3,40 X 1,60 mètres, du fait de la constitution de son chassis en alliage d'aluminium, façonné par nervuraga"en "nids d'abeilles", coiffé d'une carrosserie de même alliage, avec un capot intégrant les ailes et réalisé en matière dite "plastique", tandis que le moteur bicylindre 2 temps ae 800 cm3, serait de puissance avantageusement renforcée électriquement, selon l'invention précitée, bien que pour n'assurer d'ailleurs, une vitesse maximum de propulsion e l'ordre de 100 .t. du fait de la. surcharge de l'autozobile, par les batteries d'accunulateurs électriques, dites de traction, assurant l'entrainement d'un moteur électrique auxiliaire de propulsion connu et couplé a.u villebrequin. Il convient à cet égard de préciser, que le rapport de couplage, entre les deux motorisations alternatives serait réduit, par exemple de 1' ordre de noitié, de façon que la propulsion électrique, n'entraine des vitesses de déplacement, que de l'ordre de la moitié, de la propulsion thermique, tout en étant dans les deux cas modulable, par la meAme transmission usuelle et unique conservée, grâce à des neutralisations mutuelles et automatiques, des deux motorisations, par exemple, par des asservissements réciproques, de leurs alimentations respectives. -Sans doute, cette simplification originale d'interaction, entre les deux motorisa.tions, entrainera une légère perte d'énergie, de la oropiT- sion électrique, par les faibles frictions du villebrequin et de ses quipages mobiles, aux faibles vitesses de cette propulsion électrique mais qui sera sensiblement compensée, par la récupération d'énergie, lors des phases de décélérations évoquées plus haut. Selon un autre exemple de mise en oeuvre, les r.êmes avantages seraient obtenus, conformément à l'invention, grace à la commercialisation déjà réalisée, d'un petit coupé 2 places aérodynamique aux U.S.A., par la firme GENERAL ItTORS et dit: "SPORTIF rzcrott, alors propulsé par un moteur 2 temps, désigné CDS-2 de 1,5 litre de cylindrée avec 3 cylindres, alimenté par injection électronique et ainsi facile à perfectionner, selon les dispositions précitées. Au surplus l'invention s'étend également, au regroupement électrique des éléments précités, en deux faisceaux de fils et cables, tels que 1' un soit de fortes sections, pour réaliser l'interaction, entre la batterie ET le moto-générateur de propulsion et de recharge électrique auxiliaire et l'autre, de faibles sections, pour les asservissements automa- tiques, ou commandés par le conducteur, ou transposés pour d'autres ap plications qu'à celles des véhicules. Ainsi s'ouvrent de bonnes perspectives de réduction de la pollution atmosphérique, dans les agglomérations, par une prédominance progressive et avantageusement volontariste, de la propulsion électrique des véhicules, tandis qu'elle s'accompagnera d'une moindre réduction de pollution sur les routes, mais néanmoins suffisante, tant en fonction de la réduction de cylindrée, des moteurs thermiques, que par la fixation alors facilitée du carbone, à proximité immédiate, par photosynthèse dans l'en- vironnement, ou une catalyse simplifiée d'autant. Enfin, il est évident, que l'invention ne se limite pas, aux seules dispositions, ainsi explicitement mentionnées, à simple titre d'exemples pour matérialiser l'invention, mais que son domaine s'étend au contraire et expressément à toutes les variantes, tant d'application que d'exécution et non seulement, à celles mettant en oeuvre, des moyens procédés et combinaisons, non seulement équivalents, mais même seulement comparables, comme par exemple, la substitution à l'rimant permanent -9-, d'un électro--.imant, assez "coercitif", pour être toujours réaimanté cycliquement, en outre et particulièrement, par inversion ou transposition, notamment à des véhicules plus lourds, coupe des berlines usuelles, dites 4/5 places, ou au contraire plus légers, comme ceux à deux ou trois roues, ainsi qu'à l'extension des véhicules ainsi perfectionnés, à leurs combinaisons nouvelles, avec une production auxiliaire et autonome d'électricité et se surajoutant économiquement, à celle stockée dans la batterie et par exemple, grâce à l'énergie solaire, alors captée pe.r une fraction, ou l'ensemble du toit du véhicule, alors revêtu dans ce but et de façon connue, par une couche mince et semi-transparente, de préférence de silicium amorphe et le rendant économiquement "photo-sensible" et ainsi que, par leur interaction avec des garages, munis de lelles surfaces photo-sensibles, ou situés dans des "sites" appropriés, pour y réaliser une captation d'énergie électrique "quasi gratuite", par exemple par un aérogénérateur ou une mini-centrale hydraulique, alors grâce à un coupla.ge, par l'intermédiaire d'une batterie de "transfert". On fera d'autre part et finalement observer, qu'abstraction faite de l'effet du volant d'inertie, pour un piston considéré au début de sa phase motrice, l'assistance auxiliaire électrique, récupérée selon l'inven tion, s'exerce tangentiellement sur le vilebrequin et ainsi, dans les meilleures conditions, précisément au moment où au contraire, la force motrice principa.le, d'explosion, s'y exerce, dans les plus mauvaises conditions, par son embiellage; tandis aue, la production d'électricité, par le moteur lui-mêne, facilite ainsi, la fabrication simplifiée et conforme à l'invention, de "groupes électrogènes". On mentionnera encore, à titre d'exemple explicite de variante d'exécution, qu'il demeurerait dans le domaine de l'invention, de substituer aux traitements dits "d'aluminitage" précités, des pistons et des chambres d'explosion, la réalisation de ces éléments en matériaux dits "céramiques" réalisant l'isolation thermique et électrique, par eux-memes. On mentionnera également, qu'en raison des grandes difficultés et des longs délais, d'études et de réalisation, des modifications de "chaines" usuelles, pour les fabrications en grandes séries, comme les moteurs d'automobiles, l'invention vise de façon interméaiaire, au prix d'une réduction de l'amélioration de rendement e tels moteurs, d'en réaliser d'abord qu'une "approche" simplifiée, sans modification de structure, par un simple traitement d'oxydation anodique, des confinements de gaz, dont 1' épaisseur assez mince, pour avoir une faible inertie, serait fixée expéri- mentalement, poutr. chaque type de moteur, de fa.con à y obtenir le meilleur compromis On mentionnera en outre et surtout, que le domaine de l'invention s' étend expressément, aux combinaisons nouvelles, des automobiles dites hybrides électriques précitées, avec des pneumatiques perfectionnés, carac- térisés par une résistance au roulement réduite, de l'ordre de 3522 dits "VERT" ou"- EI par PIRELLI" par exemple. EVk'DI CATIONS 1 - Moteurs à explosion perfectionnés, caractérisés par le fait: que le rendement en est amélioré, par la combinaison nouvelle, 6 'une injection directe de carburant pulvérisé, dans les chambres d'explosion usuelles, constitué entre au moins une "culasse" et ses pistons correspondants en alliage d'aluminium, mais originalement perfectionnée@ par un traitement de surface de leurs confinements de gaz comuns, qui en réalise une isolation thermique de faible inertie, par une mince oxydation anodique, dite "aluminitage", d'épaisseur déterminée expérimentalement, pour chaque type de moteur, pour réaliser le meilleur compromis. 2 - Moteurs à explosion perfectionnés, selon la revendication 10, caractérisés par le fait: que l'injection directe de carburant pulvérisé est réalisée, dans des chambres d'explosion, en forme d'enceinte lenticu clairement creuse, thermiquement et électriquement isolées, par l'alumini- tage des parois internes, pour y développer une "ionisation" renforce des gaz. 3 - Moteurs à explosion perfectionnés, selon la revendication 20, caractérisés par le fait; que l'ionisation renforcée des gaz réalise une "induction électrique" correspondante, dans un "induit" annulaire et pé- riphérique, d'une grande terméabilité magnétique, incorporé et refroidi à la partie supérieure, :le chaque cylindre de guidage des pistons. 40- Moteurs à explosion perfectionnéi selon la revendication 30, ca, ractérisés par le fait: que l'électricité induite et regroupée est prioritairement "redressée", pour "recha.rger" une batterie d'accumulateurs. 5 - Moteurs à explosion perfectionnés, selon les revendications 30, et 40, caractérisés par le fait; que dès que la tension maximum de la batterie est atteinte, un relai inverseur reporte l'électricité induite "en phase", dans un moteur électrique auxiliaire, couplé avec le vilebrequin, du moteur à explosion. 6 - Moteurs a explosion perfectionnés, selon la revendication 5 , caractérisés pa.r le fait: que le moteur électrique auxiliaire est réver- sible en générateur électrique, pour former un "ralentisseur" de freinage et de recharge auxiliaire de la. batterie, lors des "phases de freinage" détectées, par exemple par un "inverseur à inertie". 7 - Moteurs à explosion perfectionnés, selon l'une quelconque des revendications 10, 20, 30, 40, 50, caractérisés par le fait: que l'interaction, d'un aima.nt "permanent", ou d'un électro-aimant, cycliquement réaimantable, serti à la partie inférieure, d'au moins une "jupe" de piston avec un "induit co-axial", incorporé à la partie inférieure, d'un "cylindre" de guidage correspondant et "l'électronique connue de redressement", des impulsions électriques, réalise un alternateur simplifié d'automobile et aussi bien, un "groupe électrogène", simplifié et économique. 80- Moteurs à explosion perfectionnés, selon la revendication 20, caractérisés par le fait: que l'ionisation renforcée des gaz est combinée avec une injection d'eau pulvérisée, selon la même "programmation" que celle du carburant, pour en réaliser simultanément la "thermolyse" et ainsi, une sorte de post-combustion mais simultanée, de l'hydrogène et de l'oxygene, à l'état dit "naissant", avec celle du carburant. 90- Moteurs à explosion perfectionnés, selon l'une quelconque des revendications 30, 40, 50, 6 et 70, caractérisés par le fait: que dans un moteur à 3 cylindres à 2 tels, équipé d'induits, dans les 3 cylindres, on obtient avantageusement, des impulsions de courants électriques dits "triphasés". 100- Moteurs à explosion perfectionnés, selon l'une quelconque des revendications 1 , 20, 30, 40, 50, 60, 7 , 8 et 90, caractérisés par le fait: que leurs combinaisons nouvelles, comme de tous autres moteurs appropriés, avec des structures d'ensemble, d'automobiles allégées, du genre dit: AXV-IV de TOYOTA au JAPON, ou SPORTI-iICR0 de GENERAL MOTORS aux U.S.A.; réalisent économiquement selon l'invention, des automobiles dites HYBRIDES ELECTRIQUES, en outre perfectionnées, par leurs combinaisons également nouvelles, avec des pneumatiques avantageusement caractérisés par, une résistance au roulement réduite, de l'ordre de 35Q., ainsi ou'avec une captation d'énergie solaire auxiliaire, par la toiture appropriée en conséquence.