Brevet FR2705408A1 — publié le 19941125

La présente invention est du domaine des machines motrices et elle a pour objet un moteur thermique utilisant la pression atmosphérique comme pression motrice. On rappelle que l'on connaît des moteurs thermique du type mettant en oeuvre une chambre (cylindre) à volume variable dont une paroi mobile (piston) est reliée par l'intermédiaire d'une bielle à un arbre de sortie, des moyens d'admission d'un mélange de combustible (carburant) et d'air, des moyens d'allumage du mélange et des moyens d'évacuation, ou d'échappement des gaz brûlés et/ou chauffés. Selon la présente invention, un moteur du type précité est caractérisé dans sa généralité en ce qutil fonctionne suivant le cycle suivant 1er temps : admission d'un mélange combustible par expansion de la chambre depuis sa position contractée, 2ème temps : combustion du mélange à volume constant de la chambre et évacuation simultanée et à grand débit des gaz brûlés à par l'intermédiaire des moyens d'évacuation, puis fermeture des moyens d'évacuation immédiatement consécutive à la chute de la pression, 3ème temps : refroidissement des gaz résiduels dans la chambre avec chute de la pression audes sous de la pression atmosphérique et action concomitante de cette dernière sur la face externe de la paroi mobile, qui constitue la force motrice développée, jusqu'à retour de la chambre à sa position contractée. Dans une forme particulière de réalisation, le moteur de l'invention sus-décrit, comportant en outre un volant d'entraînement, un 4éme temps est prévu à l'issue du troisième temps, constitué par un aller-retour de la paroi mobile sous l'action du volant, la chambre étant maintenue en relation de communication à grand débit avec l'atmosphère, ce quatrième temps étant destiné à purger et à refroidir le volume de la chambre. La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparaîtront à la description qui va être faite d'une part d'un cycle à trois temps suivant lequel fonctionne un moteur de l'invention, et d'autre part d'une forme particulière de réalisation d'un moteur relevant de celle-ci, en relation avec les figures de la planche annexée dans laquelle .la fig.l illustre les trois temps du cycle, qui caractérisent le moteur de l'invention, et .la fig.2 illustre schématiquement un moteur de l'invention, dans sa structure fonctionnelle. Sur la fig.l, le moteur 1 essentiellement formé d'une chambre 3 à volume variable limitée par une enceinte 2 et par une paroi mobile, ou piston, 9 reliée de préférence à un volant d'inertie 4 par une bielle 5, comporte des moyens 6 d'admission de mélange gazeux combustible 7, des moyens d'évacuation 8 formés d'un clapet 10 et de son siège 11, et des moyens d'allumage (bougie) 12. Le moteur fonctionne de façon caractéristique selon le cycle à trois temps suivant: un ler temps la au cours duquel l'expansion de la chambre sous l'effet du volant induit l'aspiration 14 du mélange combutible dans la chambre 3; un 2ème temps lb au cours duquel le mélange est enflammé et simultanément les gaz brûlés expulsés à travers l'orifice du clapet sous l'effet de leur pression, ce dernier se refermant dès que la pression des gaz encore chauds dans la chambre est retombée à la pression atmosphérique; un 3ème temps lc au cours duquel, la pression dans la chambre chutant au dessous de la pression atmosphérique par suite du refroidissement des gaz résiduels ou de la condensation de la vapeur d'eau formée, la pression différentielle, (différence entre la pression atmosphérique et la pression dans la chambre), s'exerce sur la face externe du piston et le ramène, avec une force relativement importante, à sa position initiale, force qui constitue la force motrice développée par le moteur. sur la fig.2 un moteur destiné à fonctionner suivant un cycle comprenant les temps susdécrits, a une chambre dont le volume est limité par une paroi rigide fixe 16 reliée à une paroi rigide mobile 9 par un soufflet 20. La paroi mobile est guidée en translation dans ses mouvements d'aller-retour, par des glissières 19 qui la maintiennent parallèle à la paroi fixe. Les moyens d'échappement supportés par la paroi fixe sont constitués par le clapet 10, qui dans le cas présent est sollicité en fermeture par un léger ressort 22, mais qui pourrait l'être aussi par son propre poids par exemple. Dans la forme plus élaborée représentée à la fig.2, l'effet de fermeture du clapet 10 peut être inhibé par des moyens de manoeuvre 29, ou d'inhibition; ces moyens de manoeuvre sont placés sous la dépendance de moyens de commande 26, eux-mêmes reliés fonctionnellement au volant 4; ces moyens 26 pouvant être de de type mécanique ou de type électrique, sont destinés à n'autoriser la fermeture du clapet que lors d'un retour sur deux du piston (paroi mobile 9) pour constituer un 4ème temps dit de purge/refroidissement, du cycle de fonctionnement du moteur. Dans une forme de réalisation non représentée, et toujours en vue de réaliser le temps de purge, le moteur ne comporte pas les moyens d'inhibition du clapet 10 mais comporte sur sa paroi fixe une lumière de communication entre la chambre et l'atmosphère, la dite lumière placée sous la dépendance des moyens 26 étant obturable par un tiroir, et étant destinée à permettre la communication à grand débit pour la purge. Les moyens d'admission 6 comprennent un clapet d'admission 28 sous la dépendance des moyens de commande 26, placé dans une tubulure d'admission 30 et destiné à n'être ouvert que lors du ler temps. On notera que la quantité de carburant admise doit être juste suffisante pour provoquer l'échauffement du mélange gazeux et non pour créer une pression importante comme dans les moteurs classiques. Le contrôle du régime du moteur est opéré par le contrôle de la richesse du mélange, en admettant une quantité plus ou moins grande de carburant. De manière avantageuseon pourra aussi injecter juste après la combustion du mélange une petite quantité sous forme d'aérosol afin de contribuer au refroidissement des gaz et à bénéficier d'un effet de condensation. Un carburant de choix pour le fonctionnement d'un tel moteur s'est révélé être le gaz (butane ou propane); On en a déduit, sans l'avoir expérimenté, qu'un autre carburant pouvait être le gaz méthane provenant de la fermentation des fumiers et lisiers; un autre carburant qui convient bien à ce moteur est l'alcool (méthylique ou éthylique). Ce moteur, qui est à la fois lent et froid, et peu polluent en oxyde de carbone ou en imbrûlés, convient comme moteur de chargement de réserves d'énergie (électrique, hydraulique), il peut par exemple et à ce titre être monté comme moteur de recharge des batteries d'un véhicule électrique. REVENDICATIONS l.-Moteur thermique du type mettant en oeuvre une chambre de combustion limtée par une enceinte à volume variable dont une paroi mobile (piston) est reliée par l'intermédiaire d'une bielle à un arbre de sortie, des moyens d'admission d'un mélange de combustible (carburant) et d'air, des moyens d'allumage du mélange et des moyens d'évacuation, ou d'échappement des gaz brûlés et/ou chauffés, caractérisé en ce qu'il fonctionne suivant le cycle suivant ler temps : admission d'un mélange combustible (7) par expansion de la chambre (3) depuis sa position contractée (la), 2ème temps : combustion du mélange à volume constant de la chambre et évacuation simultanée et à grand débit des gaz brûlés (5) à par l'intermédiaire des moyens d'évacuation (8), puis fermeture des moyens d'évacuation immédiatement consécutive à la chute de la pression, (lb) 3ème temps : refroidissement des gaz résiduels dans la chambre avec chute de la pression au dessous de la pression atmosphérique et action concomitante de cette dernière sur la face externe de la paroi mobile (9), qui constitue la force motrice développée, jusqu'à retour de la chambre à sa position contractée;(lc) 2.-Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le dit moteur comportant en outre un volant d'entraînement (4), un 4éme temps est prévu à l'issue du troisième temps, constitué par un aller retour de la paroi mobile (9) sous l'action du volant (4), la chambre (3) étant maintenu en relation de communication à grand débit avec la pression atmosphérique, ce 4ème temps étant destiné à purger et à refroidir le volume de la chambre; 3.-Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume de la dite chambre est limité par un soufflet (20) raccordé à deux parois rigides l'une étant une paroi fixe (16) solidaire d'un bâti (13), l'autre étant la dite paroi mobile (9) reliée au volant (4) par la bielle (5); 4.-Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les dits moyens d'évacuation (8) comprennent un clapet d'échappement (10) destiné à reposer de façon étanche sur son siège et étant sollicité vers lui par une force faible (22); (fig.2) 5.-Moteur selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce que le dit moteur comprend des moyens (29) sous la dépendance de moyens de commande (26) pour maintenir le dit clapet d'échappement (28) ouvert pendant le dit 4éme temps; 6-Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dit moteur comprend une lumière de communication entre le volume intérieur de la chambre et l'atmosphère, la dite lumière étant obturable par un tiroir, et étant destinée à permettre la communication à grand débit pour la purge; 7.-Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dit moteur comporte en outre des moyens (26) de gestion de son cycle de fonctionnement, le contrôle de son régime s'opérant par le contrôle de la richesse du mélange; 8.-Moteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le carburant est le gaz (butane ou propane); 9.-Moteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le carburant est l'alcool; 10.-Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur comporte des moyens (19) de guidage en translation de la paroi mobile (9), perpendiculairement à la paroi fixe (16).