Brevet FR2718189A1 — publié le 19951006

La présente invention concerne un procédé qui permet l'augmentation de la puissance des moteurs à combustion interne, turbocompressés ou non, ainsi que l'amélioration de leurs rendements. L'air, quand il est à une température élevée, occupe un grand volume. La masse d'air qui peut remplir les chambres de combustion des moteurs à combustion interne est alors amoindrie. I1 en résulte des moteurs d'une puissance plus faible. Ceci résulte directement du fait que l'admission d'une plus petite masse d'air entraîne, pour chaque cycle de chambre de combustion, la diminution de la masse de combustible susceptible d'être brûlée. Ce problème se rencontre spécialement dans les moteurs turbocompressés. L'air d'admission se retrouve après compression à une température plus élevée pour deux raisons: D'une part par l'effet thermodynamique de la compression pure sans autres apports de chaleur, et d'autre part, par le fait que les gaz de combustion chauds, qui assurent le mouvement des turbines, induisent un apport de chaleur qui se transmet à l'air d'admission par conduction à travers le corps du compresseur puis par convection avec la surface de ce dernier. Dans une moindre mesure, l'air plus chaud nécessite au niveau du compresseur une plus grande puissance pour être comprimé. En effet, un ou plusieurs, refroidissement(s) intermédiaire(s) entre deux, ou plusieurs compressions étagées, permet(ent) de diminuer de façon significative la puissance nécessaire à la compression. Le plus souvent, pour palier ce problème, I'air d'admission est refroidi par passage dans un échangeur air-air où son refroidissement est assuré par l'air ambiant. L'inconvénient de ce procédé de refroidissement réside dans le fait que les échangeurs air-air ont un faible coefficient d'échange thermique et une efficacité médiocre. L'augmentation de cette efficacité nécessite un échangeur de volume trop important où les pertes de pression par frottements compromettent d'une manière non négligeable l'effet utile recherché par l'installation d'un turbocompresseur. D'autre part, la température de l'air d'admission à la fin de cette opération ne peut en aucun cas être inférieure à la température de l'air ambiant qui a servi à son refroidissement. Dans le procédé qui concerne cette invention, on utilise un échangeur fluide frigorigène-air pour refroidir l'air d'admission. Le comburant peut provenir d'un autre gaz que de l'air atmosphérique. Dans ce cas on utilisera de la même manière un échangeur fluide frigorigène-comburant pour refroidir ce dernier. Le fluide frigorigène, qui assure le refroidissement du comburant, peut ou non changer de phase à la traversée de l'échangeur. Il ne changera pas de phase essentiellement s'il s'agit d'un fluide frigorigène, ou frigo porteur, intermédiaire entre le fluide frigorigène propre à la machine frigorifique et l'échangeur. Dans ce cas on utilisera un échangeur auxiliaire entre le fluide frigorigène propre à la machine frigorifique et le fluide intermédiaire qui assure le refroidissement du comburant. L'effet frigorifique est assuré par une machine frigorifique à absorption qui utilise les gaz d'échappement du moteur comme source d'énergie. Le refroidissement du comburant peut intervenir en un ou plusieurs points entre son point d'admission originel et le point où il est mélangé avec le carburant. Les gaz d'échappement quittent en effet le moteur à une température très élevée. Leur débit est suffisamment important pour apporter la chaleur suffisante au fonctionnement de la machine frigorifique. Il est courant de considérer que sur l'enthalpie totale libérée par la combustion d'un kilogramme de carburant, une partie significative se trouve contenue dans les gaz d'échappement (environ le 1/3). Les frigories générées par cette machine peuvent même dépasser les seuls besoins de refroidissement du comburant. Toutefois, on peut limiter la puissance de la machine frigorifique à absorption en ne faisant passer par celle-ci qu'une partie des gaz d'échappement. Un système de régulation automatique peut être utilisé à cet effet. Lorsqu'il s'agit d'un moteur turbocompressé, où les gaz d'échappement assurent le mouvement des turbines de compression du comburant, ces gaz peuvent passer par la machine frigorifique à absorption avant ou après leur passage par les turbines. Leur température, leur pression et leur vitesse sont suffisamment élevées pour alimenter les turbines et la machine frigorifique dans un ordre ou dans un autre. Les avantages de ce procédé sont indéniables par rapport aux procédés classiques. En effet l'échangeur a une meilleure efficacité avec un encombrement réduit. Le comburant en sort avec une température nettement plus basse. Celle ci peut même être inférieure à la température de l'air ambiant. Si l'on utilise un échangeur où le fluide frigorigène s'évapore directement, cette température est voisine de la température d'évaporation du fluide frigorigène. I1 résulte de ce dispositif, appliqué à un moteur turbocompressé ou non, une augmentation de la puissance du moteur ainsi qu'un gain au niveau de son rendement. L'augmentation de la puissance résulte du fait que l'air refroidi permet de brûler à chaque cycle moteur une quantité de carburant plus importante. L'amélioration du rendement résulte du fait que l'on améliore la combustion et que globalement, avec un moteur de taille constante on produit une puissance plus élevée. Selon l'un des modes particuliers de réalisation illustré par le dessin annexé: -La partie chaude de la machine frigorifique à absorption est traversée par la totalité des gaz d'échappement du moteur. -Le fluide fngorigène qui provient de la machine frigorifique à absorption s'évapore directement et en totalité dans l'échangeur précité. -Le moteur est turbocompressé. La compression n'est pas étagée. -Le refroidissement de l'air d'admission intervient après son passage par ce turbocompresseur. En référence au dessin annexé, et selon une forme particulière de réalisation, le dispositif comporte un moteur à combustion interne (1), dont les gaz d'échappement ressortent en totalité en (2). Ces gaz traversent une machine frigorifique à absorption (3) à qui ils cèdent une partie de leur énergie et la quittent en (4). L'air est admis en (5) et passe dans le turbocompresseur (6). A la sortie de ce dernier, l'air traverse un échangeur où il est refroidi grâce au fluide frigorigène qui alimente l'échangeur (7). Ce fluide frigorigène a quitté la machine frigorifique en (8). Cet air refroidi va alimenter le moteur en (9). REVENDICATIONS 1) Procédé pour l'augmentation de la puissance et l'amélioration du rendement des moteurs à combustion interne turbocompressés ou non, caractérisé en ce que l'air d'admission est refroidi grâce à une machine frigorifique à absorption qui utilise l'énergie des gaz d'échappement du moteur. 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le refroidissement de l'air d'admission intervient en un (respectivement des) point(s) quelconques entre son point d'admission originel et le point où il est mélangé au carburant. 3) Procédé, selon la revendication 1 et 2 caractérisé en ce que l'air d'admission subi une ou plusieurs compressions grâce à des turbocompresseurs qui sont mis en mouvement grâce aux gaz d'échappement ou par liaison mécanique ou électrique avec le moteur. 4) Procédé selon la revendication 1 et 2 caractérisé en ce que l'air d'admission n'est pas comprimé et que le moteur est considéré comme atmosphérique. 5) Procédé selon les précédentes revendications caractérisé en ce que les gaz d'échappement passent en totalité ou en partie dans la machine frigorifique à absorption. 6) Procédé selon les revendications précédentes caractérisé en ce que les gaz d'échappement traversent la machine frigorifique avant ou après passage par les turbines de compression de l'air d'admission. 7) Procédé selon les revendications précédentes caractérisé en ce que les frigories produites par la machine frigorifique ne servent pas exclusivement à refroidir l'air d'admission du moteur. 8) Procédé selon les revendications précédentes caractérisé en ce que l'on utilise un fluide intermédiaire entre le fluide frigorigène propre à la machine frigorifique et le ou les échangeurs qui assurent le refroidissement de l'air d'admission du moteur. 9) Procédé selon les revendications précédentes caractérisé en ce que l'on utilise des systèmes de régulation pour adapter l'effet de refroidissement désiré à la puissance du moteur. 10) Procédé selon les revendications précédentes caractérisé par l'utilisation d'un autre gaz que l'air comme comburant.