Brevet FR2980239A1 — publié le 20130322

Ce moteur thermique à combustion interne autorise : - Une préinjection et une vaporisation des combustibles ; - Une cylindrée opérationnelle variable ; - Une récupération d'énergie cinétique lors des décélérations d'un véhicule ou d'un récepteur, sous forme d'énergie pneumatique et d'énergie électrique, le stockage de ces énergies ainsi que leur réutilisation, avec ou sans apport d'énergie chimique pour l'énergie pneumatique. Ces possibilités, présentées ci-dessous, successivement pour faciliter leur compréhension mais aux fonctionnements imbriqués, permettent l'obtention d'un moteur performant, à impact environnemental limité, économe en matériaux nobles, à faible ou forte hybridation pneumatique et électrique, suivant le choix constructif, notamment par : - L'utilisation de tous carburants liquides ou gazeux, sans limite liée à l'apparition de la détonation et donc au rapport volumétrique de compression ; - L'augmentation du rendement thermique théorique, une meilleure respiration et un meilleur refroidissement interne des moteurs, à tous les régimes, dans tous les cycles à capsulisme et à compression préalable, avec ou sans longue détente ; - Une injection du carburant, sous une pression déterminée, et une vaporisation (ou gazéification) du carburant liquide avant combustion, dans une chambre spécifique fermée, remplie de gaz brûlés, appelée « chambre de préinjection et de vaporisation » ; - Le fonctionnement avec des mélanges de richesses diverses, notamment très pauvres, par séparation des phases d'injection et de compression effectuées dans des chambres spécifiques, la « chambre de préinjection et de vaporisation » et la « chambre de compression » ; - Une combustion pouvant se dérouler dans l'une ou l'autre chambre, par étagement et recirculation des gaz brûlés, pour limiter la production d'oxydes d'azote et les imbrûlés rejetés à l'échappement ; - Une puissance du moteur fonction de la quantité de combustible injectée et donc de la seule position de l'accélérateur ; - La coupure de l'injection pendant les phases de décélération ; - L'unification de construction de nombreux éléments par suppression du système d'allumage dans le moteur à essence et par le remplacement éventuel du système d'injection haute pression dans les moteurs Diesel et Mixte ; - Une cylindrée opérationnelle variable grâce à des « soupapes double fonction, débrayables », ajustable instantanément au besoin du véhicule ou du récepteur, mettant hors fonctionnement à volonté, de un à la totalité des cylindres, optimisant le fonctionnement du moteur, hybride ou non, pour les cycles « urbain » et « routier », réduisant la consommation et la pollution ; - Un démarrage progressif du moteur, cylindre après cylindre ou par groupe de cylindres, minimisant la puissance nécessaire ; - Une récupération partielle de l'énergie contenue dans les gaz brûlés des cylindres actifs, par admission d'air turbocompressé dans les cylindres inactifs, devenus moteurs pneumatiques basse pression ; - La récupération partielle d'énergie cinétique d'un véhicule ou d'un récepteur, sous forme pneumatique, par compression d'air dans les cylindres et sa réutilisation dans ces mêmes cylindres, en fonction du besoin, avec ou sans apport d'énergie, après stockage dans un réservoir ; - L'adjonction d'un « alternateur-démarreur » ; - Une facilité et une rapidité de stockage/déstockage pour le pneumatique et une bonne densité énergétique de stockage pour l'électrique ; - La réduction de la consommation d'énergie des divers accessoires ; - L'accroissement de la sécurité des personnes et des biens sur la voie publique, grâce à l'adaptation aux circuits « urbain » et « routier » et le respect des vitesses urbaines aujourd'hui très basses, la réduction de la distance d'arrêt du véhicule, la diminution de l'usure des freins, la diminution des émissions polluantes. - Sa compatibilité avec les cycles 4 temps et 2 temps. Les moteurs actuels possèdent des rendements limités pour les moteurs à essence et à gaz et émettent des particules nocives pour les moteurs Diesel. L'utilisation de mélanges air-carburant très pauvres y est difficile. Ils ont une cylindrée fixe qui ne permet pas l'adaptation aux besoins particuliers urbain et routier. Ils ne permettent pas une récupération pneumatique de l'énergie cinétique d'un récepteur et la récupération sur les gaz brûlés est limitée à la phase d'aspiration des cycles. Ils ont de plus en plus de difficultés à respecter des normes environnementales de plus en plus sévères. A - La préiniection et la vaporisation, pour tous combustibles liquides ou eaz.eux 1 - Principe 11 consiste, pour chaque cylindre, en la création de deux chambres reliées par un « canal de liaison » A (1), sur lequel se trouve situé « un piston ou une soupape de distribution » (Fig. 1 et 2) (2), ou tout autre dispositif de séparation. Ce dispositif permet de réaliser la communication ou la séparation de ces deux chambres à volonté. Dans le cas d'une soupape distributrice, le canal de liaison représente l'espace existant, lors de son ouverture, entre la soupape et son siège. Ce piston ou cette soupape de distribution est mû soit par : - Des éléments mécaniques, à l'aide d'une came, placée sur « l'arbre à cames principal » (3) manoeuvrant les soupapes, ou sur un arbre à cames spécifique, appelé « arbre d'allumage », placé en tête ou latéralement. - Des éléments électriques à l'aide d'une bobine électromagnétique. Une des chambres constitue la « chambre de compression » (4). Elle est située dans le moteur et est délimitée par la culasse (5), le piston (6) et la chemise (7). L'autre constitue la « chambre de préinjection et de vaporisation » (S) (située dans la culasse), sur laquelle est implanté l'injecteur (9). 2 - Fonctionnement 2 -1 Cas théorique Il est ici décrit, pour le moteur 4 temps atmosphérique, par le diagramme Pression-Volume, pour tous les cycles (Beau de Rochas, Diesel, Mixte) (Fig. 3, 4, 5). Dans le cas du moteur 2 temps, il faut y réaliser les phases 2-3, 3 - 4, 4-4'-5 correspondant au cycle choisi. Nous adoptons les hypothèses suivantes: - l'inertie des gaz, des éléments mécaniques de la distribution et de la «soupape distributrice (ou du piston distributeur) » est nulle. - le transfert des . az entre les chambres est instantané. - la variation de la vitesse de rotation du moteur est négligée. - les jeux fonctionnels entre le piston distributeur et la culasse sont négligés. - Les gaz existant au cours du cycle sont assimilés à l'air. - La variation de la masse gazeuse au cours du cycle est négligée. 2 - 1 - 1 Phase 0 -1: Admission de l'air à la pression atmosphérique dans la chambre de compression, par la soupape d'admission du moteur. - Canal de liaison A bouché (soupape distributrice en position Haute ou piston distributeur en position basse). - Vaporisation du carburant (dans le cas d'un liquide) dans la chambre de préinjection et de vaporisation contenant des gaz brûlés chauds. - En 0, le piston est au P.M.H., la soupape d'admission est ouverte. - En 1, Il est au P.M.B., la soupape d'admission est fermée. 2 - 1 - 2 Phase 1- 2: Compression adiabatique de l'air de la chambre de compression. - Canal de liaison A bouché (soupape distributrice en position Haute ou piston distributeur en position basse). - Vaporisation du carburant dans la chambre de préinjection et de vaporisation. - En 2, le piston n'a pas atteint le P.M.H.. 2 - 1 - 3 Phase 2 - 3: Mélange initial Air-carburant. - En 2, le canal de liaison A est ouvert (soupape distributrice en position basse ou piston distributeur en position haute). - Réalisation d'un mélange initial dans la chambre de préinjection et de vaporisation par transfert d'air comprimé chaud dans cette chambre. Il y a une augmentation du volume total du gaz et une chute de pression de celui-ci. - La température existant au point 3, dans les deux chambres, doit être supérieure à la température d'auto-inflammation du mélange, pour assurer le démarrage du processus de la combustion. 2 - 1 - 4 Phase 3 - 4: Délai d'inflammation. - Canal de liaison A ouvert (soupape distributrice en position basse ou piston distributeur en position haute). - Fin de la compression pour l'ensemble du volume des deux chambres et fin de la réalisation du mélange initial, pendant le délai d'inflammation. - En 4, le piston est au P.M.H.. 2 - 1 - 5 Phase 4 - 5: Combustion-Transfert des gaz brûlés dans la chambre de compression. - Canal de liaison A ouvert (soupape distributrice en position basse ou piston distributeur en position haute). - En 4, le piston est au P.M.H, (ainsi qu'en 4' dans le cas du cycle mixte). - En 4, la combustion détonante débute par auto-inflammation du mélange initial combustible très fortement comprimé et donc très chaud réalisé dans la chambre de préinjection et de vaporisation. - La combustion entraîne une augmentation de la pression dans la chambre de préinjection et de vaporisation et un transfert de gaz, brûlé ou non, dans la chambre de compression. Les gaz chauds provenant de la chambre de préinjection et de vaporisation et la combustion éventuelle de combustible dans la chambre de compression, apportent de l'énergie à l'air de cette chambre. - En 5, le piston est au P.M.H. dans le seul cas du cycle Beau de Rochas. 2 - 1 - 6 Phase 5 - 6: Détente adiabatique des gaz brûlés. - Canal de liaison A ouvert (soupape distributrice en position basse ou piston distributeur en position haute). - C'est le temps moteur des divers cycles. - En 6, le piston est au P.M.B.. 2 - 1 - 7 Phase 6 - 7: Echappement des gaz brûlés par la soupape d'échappement du moteur. - En 6, ouverture de la soupape d'échappement. - En 7, canal de liaison A fermé (soupape distributrice en position haute ou piston distributeur en position basse). 2 - 1 - 8 Phase 7 - 8: Refoulement des gaz brûlés et injection de carburant. - En 7, canal de liaison A fermé (soupape distributrice en position haute ou piston distributeur en position basse). - En 7, injection du carburant, pour le cycle suivant, dans la chambre de préinjection et de vaporisation contenant des gaz brûlés chauds à la pression atmosphérique. - En 8, fermeture de la soupape d'échappement. Ces phases de fonctionnement sont aménageables dans le cas réel, pour tenir compte de l'inertie des gaz et des pièces, des délais d'inflammation, de la suralimentation, de la vitesse de rotation des moteurs et, plus généralement, de l'optimisation du fonctionnement de ceux-ci. 2 2 Particularités de fonctionnement 2 - 2 -1 L'injection - L'injection de carburant peut être effectuée à tout instant, dès lors que le piston ou la soupape de distribution obture le canal de liaison A, c'est à dire entre la fin de la détente et la fin de la compression. Une fermeture anticipée du canal de liaison A peut également être réalisée pendant la phase de détente 5 - 6, ce qui permet de choisir la pression de la chambre de préinjection et de vaporisation et de doser les transferts d'air entre les deux chambres pendant les phases 2 - 3 et 3 - 4. - Pendant la décélération, lors de la coupure de l'injection, il existe alors de l'air et non des gaz brûlés dans la chambre de préinjection et de vaporisation, uniquement dans le cas du fonctionnement du piston ou de la soupape de distribution avec un arbre à cames. A la reprise de l'injection, la quantité injectée peut alors être supérieure à celle normalement introduite, pour respecter le mélange initial souhaité. Une combustion partielle peut se produire dans cette chambre. Pour supprimer cela, un vérin hydraulique ou une bobine électromagnétique, à simple ou double effet, bistable ou non, agissant directement ou indirectement sur le piston distributeur permet de le débrayer momentanément, comme pour les soupapes double fonction. 2 - 2 - 2 La vaporisation du carburant liquide La « longue » présence du carburant liquide pulvérisé, injecté dans la chambre de préinjection et de vaporisation contenant des gaz brûlés chauds, favorise son évaporation. Celle-ci doit être la plus complète possible avant la phase de combustion 4 - 5. 2 - 2 - 3 L'avance à l'allumane - La position du point 4 correspond théoriquement au P.M.H., position du piston ou débute la combustion. La position du point 3 dépend de la position du point 4, du délai d'inflammation du mélange initial réalisé dans la chambre de préinjection et de la vitesse de rotation du moteur. La position du point 2 dépend de la position du point 3, du volume et de la pression des deux chambres de préinjection et de compression, de la section du canal de liaison A qui favorisera ou non le transfert d'air. - La position du point 2 est donc variable. Pour cela, un dispositif "d'avance à l'allumage" peut être utilisé, afin que la combustion démarre toujours au moment optimum, quelles que soient les conditions de fonctionnement du moteur. - Cette avance à l'allumage peut être obtenue par l'ouverture du piston ou de la soupape de distribution, à l'aide d'une bobine électromagnétique pilotée par un calculateur, ou, à l'aide de « l'arbre d'allumage» piloté par la dépression existant dans le collecteur d'admission (Fig. 6), de façon mécanique ou hydraulique, ou par tout autre système adéquat. La vitesse de rotation de cet arbre à cames est égale à la vitesse de rotation du vilebrequin dans le cas du moteur deux temps. Elle est égale à la moitié de celle du vilebrequin dans le cas du moteur quatre temps. - L'air de la chambre de compression, transféré dans la chambre de préinjection et de vaporisation, y effectue un mouvement de rotation ou de brassage. Ce mouvement peut être de même sens, de sens opposé, ou être croisé par rapport à celui donné aux gaz brûlés de la chambre de préinjection lors de l'injection de carburant, afin de favoriser la création du mélange initial de l'air et du carburant et de limiter les imbrûlés, 2 - 2 - 4 La combustion La combustion recherchée, pour le mélange initial, est théoriquement stoechiométrique et détonante, mais pas obligatoirement. Elle se produit dans la chambre de préinjection et de vaporisation, ce qui protège le système piston-bielle-manivelle de la grande élévation de pression et de température qu'elle entraîne. La combustion peut éventuellement se faire en présence d'excès d'air dans la chambre de préinjection et de vaporisation, afin de faciliter ce mélange initial et de limiter les imbrûlés. Elle peut aussi se faire en défaut d'air. Dans ce cas, la combustion se termine dans la chambre de compression. Ceci permet un étagement du combustible ou de l'air lors de la combustion. La recirculation des gaz brûlés dans la chambre de compression est possible, notamment grâce au « clapet oscillant » (10). 2 - 2 - 5 Le choix du cycle thermodynamique Le débit d'air comprimé dans la chambre de préinjection et de vaporisation et le transfert inverse de celle-ci vers la chambre de compression sont fonction de la section du canal de liaison A, des pressions dans les deux chambres, des lois d'ouverture et de fermeture de l'orifice A par le piston distributeur ou par la soupape distributrice, lois qui peuvent être variables dans le cas de l'utilisation d'une bobine électromagnétique pour leur manoeuvre. Le choix entre le cycle Beau de Rochas, le cycle Diesel et le cycle Mixte de l'air de compression s'obtient en faisant varier ces divers paramètres. 2 - 2 - 6 Le rapport volumétrique de compression La maîtrise de la combustion détonante dans la chambre de préinjection et de vaporisation et celle de l'expansion contrôlée des gaz brûlés dans la chambre de compression permet l'augmentation, sans limite théorique, du rapport volumétrique de compression obtenu à l'issue des compressions 1 - 2 et 3 - 4, pour tous les combustibles liquides et gazeux. Le rendement thermique théorique du moteur se trouve augmenté quel que soit le régime. 2 - 2 - 7 Les imbrûlés La combustion commençant dans la chambre de préinjection et de vaporisation, une partie des imbrûlés, ou imbrûlés primaires, subsiste dans cette chambre lors de l'expansion des gaz brûlés dans la chambre de compression. Les imbrûlés transférés dans la chambre de compression, ou imbrûlés secondaires, peuvent brûler dans l'air de compression afin de limiter leur présence à l'échappement (imbrûlés tertiaires). Ces imbrûlés tertiaires sont traités dans le pot catalytique. A l'aide de sondes, on peut déduire leur quantité de l'augmentation de température subie par les gaz brûlés lors de leur passage dans le pot catalytique. Pour l'injection suivante, la réalisation d'un mélange initial optimisé implique de comptabiliser ces imbrûlés tertiaires et de diminuer la quantité de carburant normalement injectée. 2 - 2 - S Le mélange global très pauvre A leur sortie de la chambre de préinjection et de vaporisation, les gaz brûlés et les imbrûlés secondaires se mélangent et se diluent dans l'air et les gaz brûlés en recirculation de la chambre de compression. Cette dilution et la combustion partielle ou totale de ces imbrûlés secondaires provoquent une augmentation de la température de l'air de la chambre de compression. Cette température ne doit pas atteindre la température de formation des oxydes d'azote. Pour cela, la masse d'air et de gaz brûlés en recirculation présente dans la chambre de compression doit être suffisamment importante par rapport à la masse de gaz brûlé sortant dans la chambre de préinjection et de vaporisation. C'est de cette façon que l'on réalise le mélange global très pauvre dans le moteur. Ces choix conditionnent le volume respectif des deux chambres. Le mélange global très pauvre génère une masse importante de gaz brûlés à haute pression et à haute température dans les cylindres actifs. Une part de l'énergie qui y est contenue peut être récupérée dans les cylindres inactifs grâce aux « soupapes double fonction, débrayables » (11), par l'intermédiaire d'un turbocompresseur. 2 - 2 - 9 Le fonctionnement « adiabatique » La température limitée de la chambre de compression définie au paragraphe précédent est contrôlée par une sonde de température. Celle-ci peut être placée, soit dans la chambre de compression, pour un contrôle direct, soit à proximité immédiate, dans la canalisation d'échappement, pour un contrôle par déduction. En cas d'élévation anormale de cette température, l'injection peut être réduite ou coupée. Le contrôle continu de la température de cette chambre ou des gaz qui en sortent, la grande dilution des gaz brûlés dans les gaz de compression alliés éventuellement à un cycle à longue détente, l'utilisation des « soupapes double fonction » peuvent permettre la recherche de la réduction, voire de la suppression, du refroidissement du cylindre. 2 - 2 - 10 Le démarrage Au démarrage, il est nécessaire de disposer d'une bougie de préchauffage dans la chambre de préinjection et de vaporisation. 3 - Construction 3 - 1 L'injection basse pression ou haute pression Le fonctionnement ne nécessite pas obligatoirement une injection haute pression. La pression sera fonction des choix constructifs opérés, du carburant utilisé et du temps nécessaire à la vaporisation, mais aussi de la volonté de réduire la perte d'énergie liée à l'injection. Ce fonctionnement pourra conduire à terme à une uniformisation des carburants liquides destinés aux transports et à une optimisation de leur distribution. Une injection basse pression dans la chambre de préinjection et de vaporisation pourrait être réalisée à l'aide de systèmes existants à ce jour pour les moteurs à essence. Les injecteurs basse pression devront toutefois fonctionner sous forte pression (pendant la combustion mais pas pendant l'injection) et sous haute température. Cette technologie existe dans les injecteurs haute pression actuels. Elle pourra être utilisée pour l'adaptation des injecteurs basse pression. L'injecteur pourra être refroidi. 3 - 2 L'étanchéité Compte-tenu des fortes pressions régnant dans les chambres au moment de la compression et de la combustion, il peut être prévu une étanchéité entre le piston distributeur et la culasse (ou entre la soupape distributrice et la culasse). Cette étanchéité peut, par exemple, être réalisée par des segments, par des cônes (12) ou par tout autre dispositif convenable (Fig. 7). 3 - 3 Le refroidissement Le piston distributeur peut être refroidi intérieurement par circulation d'huile. Son extrémité peut également être refroidie par la circulation des gaz frais lors des transferts. Ce piston distributeur et la partie de la culasse qui le porte, peuvent être recouverts de céramique partiellement ou en totalité, pour limiter leur échauffement et leur usure (Fig. 7). Il en est de même pour une soupape distributrice. 3 - 4 L'expansion des gaz brûlés Comme cela est expliqué au paragraphe 2 - 2 - 7, les gaz brûlés et les imbrûlés secondaires, à leur sortie de la chambre de préinjection et de vaporisation, se mélangent et se diluent dans les gaz de la chambre de compression. Cette sortie peut être utilisée pour créer divers mouvements de la masse de gaz comprimé, afin de favoriser la dilution des gaz brûlés dans l'air de cette masse et optimiser la combustion des imbrûlés secondaires. Pour cela, cette sortie de gaz brûlés peut occuper une position située entre les soupapes par rapport à la section de la chambre de compression, en étant inclinée par rapport à cette section et en ayant une orientation centrale ou tangentielle par rapport à cette même section (Fig. 8). B - La cylindrée opérationnelle variable pour Les cycles « urbain » et « routier » 1- Principe Pour cela, les soupapes doivent posséder une double fonction et être débrayables à volonté. 1 -1 La double fonction Elle signifie que toutes les soupapes (11) d'un cylindre (par exemple 4 dans le cas des moteurs modernes) assurent à la fois l'admission de l'air et l'échappement des gaz brûlés de ce cylindre. Les pertes de charge des fluides en déplacement sont réduites. Le taux de remplissage est amélioré. La charge thermique des soupapes est plus faible et plus uniforme. Le dispositif est complété par un (ou deux) clapet(s) oscillant(s) (10) pour chaque cylindre ou par tout autre dispositif situé dans les conduits d'admission et d'échappement (13) du moteur, permettant de respecter la phase de fonctionnement en cours. Ces deux conduits sont situés, soit d'un côté et de l'autre, soit du même coté du moteur (Fig. 9 et 10). Les soupapes et le clapet oscillant sont animées par : 1 - 1 - 1 Des éléments mécaniques Les soupapes sont mues à l'aide d'un arbre à cames dit « principal » (3) qui peut être latéral, en tête, avec ou sans culbuteurs, avec ou sans système de rattrapage du jeu manuel ou automatique. Cet arbre à cames principal peut également porter les cames actionnant les pistons ou les soupapes de distribution (2) de la chambre de préinjection et de vaporisation (8) présentée précédemment. La description faite ici est à arbre à cames en tête, pour des chambres plates, mais elle est compatible avec toutes les formes de chambres. Suivant le cas, l'arbre à cames principal assurant l'ouverture de ces soupapes peut être : - Unique. Il possède deux cames par cylindre agissant chacune sur la moitié des soupapes en même temps, par l'intermédiaire de 2 culbuteurs (14) décalés situés sur le même axe (Fig. 11). - Double. Ils possèdent chacun, soit une came agissant sur deux soupapes d'un cylindre par l'intermédiaire de culbuteurs (14) placés sur le même axe central et décalés ou sur deux axes latéraux, ou deux cames agissant chacune sur une soupape par l'intermédiaire d'un poussoir (Fig. 12). Le profil de la came comprend - L'ouverture des soupapes pendant les phases d'échappement et de refoulement des gaz brûlés. - Le maintien de l'ouverture des soupapes pendant l'admission. - La fermeture des soupapes à la fin de l'admission. La came du clapet oscillant peut être placée sur l'arbre à cames principal (qu'il soit unique ou double) ou sur un arbre à cames spécifique à cette fonction, appelé « arbre secondaire » (Fig. 13). Le profil de cette came, les jeux de fonctionnement, les formes du clapet et du conduit autorisent une certaine ré-aspiration de gaz brûlés lors du déplacement du clapet. La recirculation des gaz brûlés déjà évoquée peut être obtenue par anticipation ou par retard du déplacement du clapet, d'une position à l'autre, vers la fin du refoulement des gaz brûlés ou le début de l'admission, voire par une anticipation de déplacement, vers la fin de l'admission. Une stratification « fumées de recirculation-air frais » ou inversement peut être recherchée dans le cylindre. 1 - 1 - 2 Des éléments électriques, à l'aide de bobines électromagnétiques remplaçant tout ou partie des cames citées précédemment. 1 - 2 Le débrava2c Il est assuré par l'ouverture simultanée des soupapes double fonction d'un cylindre pendant le temps correspondant à la réduction de puissance voulue. Le moteur peut alors fonctionner sur n,..., 4, 3, 2, 1 ou 0 cylindre(s) ou sur des groupes de cylindres, par exemple, les cylindre 1 et 4, d'une part et 2 et 3 d'autre part, sur un moteur 4 temps 4 cylindres. En outre, le moteur peut continuer à tourner par inertie, lorsque les soupapes de tous les cylindres sont débrayées, pour favoriser éventuellement le redémarrage. Le débrayage peut être réalisé par : - Des éléments mécaniques à l'aide d'un vérin hydraulique (15), à simple ou double effet, agissant directement sur les soupapes ou les poussoirs ou indirectement sur les culbuteur(s), appelés « culbuteurs de débrayage » (14), placés en tête (Fig. 14), ou latéralement 15). Le vérin utilise la pression d'huile moteur et est commandé par un distributeur à commande électrique bi-stable ou non, ou une électrovanne. Dans le cas d'une action latérale, le débrayage de toutes les soupapes double fonction nécessite une liaison appui ponctuel bilatérale entre les culbuteurs et permet un arbre à cames principal unique. - Des éléments électriques à l'aide d'une bobine électromagnétique, bi-stable ou non, remplaçant le vérin du cas précédent. Cette bobine et celle assurant la double fonction pour ce cylindre peuvent être fusionnées. Un vérin électrique (15) peut également être utilisé. La course des soupapes lors du débrayage peut être supérieure à celle assurée par la double fonction, pour minimiser la perte d'énergie liée à la manoeuvre de ces accessoires. Suivant les dispositions constructives retenues, le débrayage peut aussi concerner le piston de distribution comme cela a déjà été indiqué. 2 - Fonctionnement Le fonctionnement est ici présenté dans le cas d'un arbre à cames principal en tête. 2 -1 La double fonction Il est ici décrit, pour le moteur 4 temps atmosphérique ayant des conduits situés du même coté, muni d'un clapet oscillant, par le diagramme théorique Pression-Volume de l'air comprimé, pour tous les cycles (Beau de Rochas, Diesel, Mixte) (Fig. 3, 4, 5). Nous adoptons les hypothèses suivantes: - l'inertie des gaz, des soupapes et du clapet oscillant est nulle; - les jeux fonctionnels entre le clapet oscillant et les conduits sont négligés. 2 - 1 - 1 Phase 0 -1: Admission d'air et de gaz de recirculation à la pression atmosphérique dans la chambre de compression, par les soupapes du moteur. - En 0, le piston est au P.M.H, les soupapes sont ouvertes et le clapet oscillant est en position admission. - En 1, 11 est au P.M.B, les soupapes sont fermées et le clapet oscillant peut être soit en position admission, soit déjà en position échappement. 2 - 1 - 2 Phase 6 - 7 - 8: Echappement et Refoulement des gaz brûlés par les soupapes du moteur. - En 6 et en 7, le piston est au P.M.B, les soupapes sont ouvertes et le clapet oscillant est en position échappement. - En 8, Il est au P.M.H, les soupapes sont ouvertes et le clapet oscillant passe en position admission Ces phases de fonctionnement sont aménageables dans le cas réel, pour tenir compte de l'inertie des gaz et des pièces, de la suralimentation, de la recirculation des gaz brûlés et, plus généralement, de l'optimisation du fonctionnement du moteur. 2 - 2 Le débrayage Le débrayage est automatique, piloté par l'ordinateur de bord notamment en fonction de la courbe de rendement des cylindres concernés, de la vitesse du véhicule, de la position du levier de vitesse, de la position de l'accélérateur déterminée par le conducteur, de l'action sur la pédale de frein, des choix constructifs réalisés. Pour chaque rapport de boîte de vitesses, l'ordinateur de bord peut posséder autant de choix de plages de puissance disponible que de cylindres ou de groupes de cylindres. Il ajuste la réserve de puissance en fonction des paramètres définis ci-dessus et des choix constructifs, pour optimiser le rendement global de l'ensemble « moteur-boîte de vitesses ». Le passage d'un nombre de cylindres donné à un autre, supérieur ou inférieur, se fait à vitesse de rotation constante du moteur, en modulant éventuellement la quantité de carburant injectée dans les cylindres actifs, pour éviter les à-coups de fonctionnement, sans amputer la réactivité. Pendant le passage des vitesses, à la hausse ou à la baisse, l'ordinateur de bord coupe l'injection de carburant, jusqu'à l'obtention du régime de ralenti ou appui sur l'accélérateur. L'enfoncement à fond de l'accélérateur peut permettre de supprimer momentanément le débrayage, pendant une période déterminée. Manuellement, le conducteur peut, si ce mode de fonctionnement ne lui convient pas, supprimer le débrayage automatique, à volonté et pour une période indéterminée, à l'aide d'une commande spécifique informant l'ordinateur de bord ou agissant directement sur la commande de l'actionneur du débrayage (distributeur, électrovanne, bobine. , .). Pour une usure égale des cylindres et donc pour un allongement de la durée de vie du moteur, l'ordinateur de bord comptabilise les durées de fonctionnement de chaque cylindre. Il peut sélectionner le cylindre ou le groupe de cylindres concerné par la réduction de puissance, de façon alternative après une durée de fonctionnement déterminée. La mise hors fonctionnement d'un cylindre ou d'un groupe de cylindres, comme la mise en fonctionnement, peut se faire à l'arrêt ou en fonctionnement du moteur, à 1 'arrêt ou lors du déplacement du véhicule. Suivant la température de la culasse, ou du fluide de refroidissement de celle-ci, la mise en fonctionnement d'un cylindre peut nécessiter une procédure de démarrage à froid pour celui-ci. 2 3 Particularités de fonctionnement 2 - 3 -1 L'anticipation de l'ouverture des soupapes à la fin de la détente Afin de favoriser l'auto-évacuation des gaz brûlés avant le P.M.B., il est possible de provoquer l'ouverture des soupapes avant la fin de la détente. Le clapet oscillant est alors en position échappement. 2 - 3 - 2 Le retard à la fermeture des soupapes au début de la compression Afin d'améliorer le taux de remplissage du cylindre, il est possible de prolonger l'ouverture des soupapes au delà de la phase d'admission. Au P.M.B., le clapet oscillant est en position admission et y reste jusqu'à la fermeture des soupapes. Il passe alors en position échappement. 2 - 3 - 3 Le fonctionnement avec un cycle à longue détente Dans ce cas, les soupapes restent ouvertes au delà de la phase d'admission, après le P.M.B.. Les soupapes se ferment lors de la remontée du piston, suivant la longue détente souhaitée. Le clapet oscillant bascule au P.M.B., de la position admission à la position échappement. 2 - 3 - 4 Le ralentissement et le frein moteur Le ralentissement peut se faire de plusieurs manières différentes, dont trois sont ici présentées : - Le ralentissement modéré, demandé par une vitesse du véhicule supérieure à la consigne de vitesse fournie par l'ensemble « accélérateur ou régulateur de vitesse - vitesse sélectionnée », sans changement de la position du levier de vitesse, sans action ou par une action légère sur la pédale de frein. - Le ralentissement prononcé, demandé par le choix d'un rapport de boîte de vitesses inférieur, ou par une action prononcée sur la pédale de frein.. - Le ralentissement brutal d'urgence par action forte sur la pédale de frein. Le ralentissement modéré se fait par coupure de l'injection jusqu'à l'obtention du régime défini par la vitesse engagée et la consigne de l'accélérateur, suivant la procédure définie au paragraphe 2 - 2. L'ordinateur de bord ajuste le nombre de cylindres actifs, en fonction des paramètres définis à ce paragraphe. Le ralentissement prononcé du véhicule devient effectif lors de la sélection d'un rapport de boîte de vitesses inférieur ou l'action prononcée sur la pédale de frein, agissant sur des contacteurs. L'information de pression du liquide de frein est donnée par le système A.B.S. du véhicule ou par une jauge de contrainte placée sur le circuit de freinage, pour suppléer à un éventuel dysfonctionnement d'un des systèmes. Le régulateur de vitesse est désactivé. L'ordinateur de bord coupe l'injection de carburant, jusqu'à l'obtention du régime défini par la vitesse engagée et la consigne de l'accélérateur seul. Il ajuste le nombre de cylindres actifs, en fonction des paramètres définis au paragraphe 2 - 2. Le passage au point mort du levier de vitesse ne modifie pas le nombre de cylindres actifs, tant que le nouveau rapport de boite de vitesses n'est pas engagé. Le fonctionnement en roue libre est possible. En cas de ralentissement brutal d'urgence ou, plus généralement, à chaque fois que la sécurité sera recherchée, il y a une action forte sur la pédale de frein. L'information de pression de liquide de frein déclenche ce « processus d'urgence » en plus du freinage proprement dit. Ce processus peut supprimer immédiatement le débrayage des soupapes des cylindres inactifs, pour retrouver le frein moteur maximum habituel dans les véhicules. Il coupe également l'injection de carburant, jusqu'à l'obtention du régime de ralenti. Dans tous les cas de ralentissement, un nouvel appui sur l'accélérateur annule le processus et entraîne un retour au fonctionnement normal du moteur pour les paramètres définis au paragraphe 2 - 2. 2 - 3 - 5 Les procédures de démarrage et d'arrêt du moteur La procédure d'arrêt du moteur, avec abandon ou sans abandon du véhicule par le conducteur, correspond à la procédure définie pour les ralentissements définis ci-dessus. Dans ce cas, la consigne de régime donnée par l'accélérateur est celle de ralenti et la vitesse du véhicule est nulle. Le système « Stop and Start », l'enlèvement de la clé de contact ou de la carte, l'action sur le bouton « stop », etc, peuvent, si cette fonction est souhaitée, arrêter le moteur après avoir supprimé le débrayage des soupapes, sur 1, 2, .. ou n cylindres, suivant le frein moteur voulu et le redémarrage choisi. Ainsi le véhicule peut avoir une vitesse enclenchée à l'arrêt, pour suppléer éventuellement le frein à main, comme tout véhicule dépourvu du système de débrayage des soupapes. Si cette fonction n'est pas souhaitée, toutes les soupapes de tous les cylindres sont débrayées. L'enlèvement de la clé de contact ou de la carte, l'action sur le bouton « stop », etc, termine la phase de fonctionnement du moteur. 3 5 Le démarrage peut se faire avec débrayage des soupapes pour 0,1,2, n cylindres, suivant la procédure choisie lors de l'arrêt précédent ou pour le premier démarrage. Si toutes les soupapes de tous les cylindres sont débrayées, le lancement du moteur peut se faire en plusieurs phases, d'abord l'entraînement en rotation des pièces mécaniques en mouvement, puis ensuite une croissance progressive de la cylindrée opérationnelle, donc du nombre de cylindres actifs, en fonction du besoin qui est défini au paragraphe 2 - 2. Tous les 40 cylindres peuvent être activés successivement pendant la procédure de démarrage, notamment pour favoriser le démarrage à froid, afin d'obtenir un échauffement uniforme du moteur. Le débrayage des soupapes permet 2 9802 39 12 un démarrage progressif du moteur, cylindre après cylindre ou par groupe de cylindres, et minimise la puissance nécessaire. Après échauffement du moteur, la cylindrée opérationnelle peut alors être ajustée au besoin. Suivant le cas, démarrage, redémarrage, moteur froid ou chaud, la procédure de démarrage choisie minimisera la consommation d'énergie. 5 2 - 3 - 6 La récupération d'énergie des gaz brûlés dans les cylindres inactifs Comme cela a déjà été indiqué, le mélange global très pauvre, obtenu grâce à la chambre de préinjection et de vaporisation des cylindres actifs, génère une masse importante de gaz brûlés à haute pression et à haute température, utilisable dans la turbine de détente d'un turbocompresseur. Une part de l'énergie contenue dans ces gaz brûlés peut être récupérée dans les cylindres inactifs, devenus moteurs pneumatiques basse pression. 10 L'air turbocompressé pénètre dans ces cylindres et repousse le piston à chaque admission ou à chaque descente de celui-ci, deux fois par cycle 4 temps. Ceci exige que le clapet oscillant se déplace deux fois par cycle et non plus une fois comme cela est précédemment décrit. Les cames doivent donc tourner à la vitesse du vilebrequin ou être double, de profil spécifique. Cet air est ensuite refoulé, à la pression atmosphérique, par la remontée du piston. 15 La masse de gaz brûlés est variable du fait du débrayage des soupapes double fonction et de la variation de la cylindrée opérationnelle qui en résulte. La bonne alimentation en air frais des cylindres actifs, comme l'optimisation de la récupération d'énergie dans les moteurs pneumatiques basse pression peut nécessiter une modification des conditions de fonctionnement du turbocompresseur, afin que celui-ci fournisse un débit et une pression d'air frais la plus uniforme possible, dans tous les cas de fonctionnement. 20 Le moteur peut posséder un cylindre toujours inactif; pour optimiser la récupération d'énergie. 3 - Construction 3 -1 Le réglage manuel et le rattrapage automatique du jeu 25 Le réglage manuel, comme le rattrapage automatique du jeu peuvent se faire directement sur les soupapes, comme pour les systèmes actuels. Pour le réglage manuel, par des vis placées sur le culbuteur de débrayage lorsqu'il existe ou par des cales de réglage dans le cas contraire. Le rattrapage automatique est possible à l'extrémité de la queue de la soupape, avec ou sans culbuteur de débrayage. 30 3 - 2 L'étanchéité clapet-conduit Le mélange de l'air frais et des gaz brûlés est aussi fonction du jeu entre le clapet et les conduits d'admission et d'échappement, en tenant compte de la dilatation des diverses pièces. Cette étanchéité peut être améliorée par des dimensions précises du clapet, comme des conduits. Elle peut également être améliorée par la réalisation de « sièges » de clapet, situés sur ou dans les conduits d'admission et d'échappement. La dimension de ces sièges éventuels ne doit pas nuire au bon écoulement des fluides dans les conduits. Le clapet peut posséder une forme de bordure, en « V évasé » (16) par exemple, dont la pointe est orientée vers l'extérieur, permettant d'augmenter la perte de charge au contact et de limiter la fuite (Fig. 16). 3 - 3 La rigidité et le rçfroidissement du clapet Pour éviter une déformation du clapet sous l'action des efforts ou de la température, le clapet peut être nervuré. Ces nervures, placées coté air frais d'admission, peuvent servir d'ailettes de refroidissement. 3 - 4 Des cylindrées unitaires différentes, pour un étagement de la puissance La variation de la cylindrée opérationnelle permet d'envisager différemment la construction d'un moteur, afin de l'adapter aux besoins, en cycles « urbain » et « routier ». Il peut posséder des cylindres ayant des alésages et éventuellement des courses différentes, pour obtenir des cylindrées unitaires différentes, sous réserve que la pression des gaz en fin de compression soit identique. Ainsi, dans un quatre cylindre, deux cylindres peuvent être plus gros que les deux autres, pour un étagement de la cylindrée et de la puissance, ce qui permet le fonctionnement suivant : - Démarrage, et vitesse faible grâce aux deux plus petits cylindres ; - Vitesse moyenne grâce aux deux gros cylindres ; - Vitesse élevée grâce à la totalité des cylindres. C - La récupération d'énergie cinétique, Le stockage et la réutilisation, pneumatique et électrique 1- Principe En cycles « urbain » et « routier », les phases d'accélération, de décélération et d'arrêt d'un véhicule routier ou ferré sont nombreuses. Elles se font par palier, souvent avec des variations limitées, correspondant aux à-coups de la circulation et aux variations de limitation de vitesse. Les décélérations et les arrêts se font en utilisant le frein moteur et les freins du véhicule. Les freins du véhicule sont fortement sollicités pour arrêter celui-ci. La variation d'énergie cinétique du véhicule lors de la décélération est perdue. Cette variation d'énergie cinétique est intéressante, sous réserve que sa récupération, son stockage et sa réutilisation à la relance du véhicule ou du moteur, soient simples, peu onéreux, et utilisent des technologies déjà éprouvées dans les moteurs actuels. C'est d'autant plus judicieux, que cela diminue l'usure des freins, réduit la distance d'arrêt du véhicule, diminue la consommation d'énergie du moteur, diminue ses émissions polluantes et favorise le respect des normes environnementales de plus en plus sévères. 1- 1 La récupération pneumatique de l'énergie cinétique Lors d'un ralentissement, modéré, prononcé ou brutal d'urgence définis ci-dessus, l'injection est coupée, le moteur ne fonctionne plus en moteur thermique, mais en compresseur haute pression. La récupération d'énergie cinétique du véhicule sous forme pneumatique devient possible, grâce à un cycle thermodynamique spécifique, dont les phases sont présentées à la figure 17. Suivant l'importance du frein moteur désiré et donc de la récupération d'énergie pneumatique, ce cycle peut être décrit par la masse gazeuse admise dans le moteur, en deux tours (4 temps) ou en un tour de vilebrequin (2 temps). Dans ce dernier cas, les phases de transvasement sont supprimées. Le cycle 2 temps peut permettre de protéger encore plus les freins, de réduire le temps et la distance d'arrêt du véhicule, de retarder le freinage en course. Le cycle de récupération peut, par exemple, être à 4 temps ou à 2 temps dans le cas des ralentissements modéré et prononcé, mais être à 2 temps dans le cas le cas du ralentissement brutal d'urgence, si les éléments constitutifs le permettent. 1- 2 La réutilisation de l'énergie pneumatique La réutilisation de l'énergie pneumatique dans le moteur est possible de deux manières différentes, avec ou sans apport d'énergie, c'est à dire en moteur thermique ou en moteur pneumatique haute pression. Ceci est illustré par les cycles thermodynamiques présentés aux figures 18 et 19, dans le cas d'un moteur 4 temps, mais adaptables au moteur 2 temps. - En moteur thermique, l'économie d'énergie est obtenue par la réduction de l'énergie nécessaire à la compression et par une injection moindre, variable en fonction de la pression et de la température du réservoir, pour un même travail fourni. La réduction de l'énergie nécessaire à la compression est obtenue par un retard à la fermeture des soupapes double fonction, comme pour un cycle à longue détente. L'air, comprimé lors de la récupération, est admis dans la chambre de compression avant l'ouverture du piston ou de la soupape de distribution, pour mettre la chambre de compression sous une pression suffisante. La compression se termine avec la remontée du piston vers le P.M.H., avant combustion. Pour un véhicule sportif, pour une même consommation, le travail fourni est supérieur lors de la reprise en moteur thermique, du fait de la réduction du travail de compression. Le cycle de réutilisation, 4 ou 2 temps, est celui choisi pour le moteur thermique. - En moteur pneumatique haute pression, l'air comprimé lors de la récupération est admis après le P.M.H., dans la chambre de compression. L'économie d'énergie est obtenue par la détente de l'air comprimé dans le cylindre. Suivant l'importance du couple de relance désiré, le cycle sans apport d'énergie peut être décrit par la masse gazeuse, en deux tours (4 temps) ou en un tour de vilebrequin (2 temps) si les éléments constitutifs le permette. Dans ce dernier cas, les phases de transvasement de la figure 19 sont supprimées. 1- 3 L'adaptation des soupapes double fonction débravables 1- 3 -1 La fonction « Transfert » La réalisation de ces cycles de récupération et de réutilisation est possible grâce à une adaptation des soupapes double fonction, débrayables. Une des soupapes, sur toutes les soupapes présentes dans ce système perd sa double fonction débrayable. Lors de la récupération, elle est affectée à une fonction de transfert de l'air comprimé du moteur, devenu compresseur haute pression, vers le réservoir de stockage. Lors de la réutilisation de l'énergie pneumatique, elle sert au transfert inverse, du stockage vers le moteur thermique, ou le moteur pneumatique haute pression suivant le choix constructif Cette soupape est inactive à la fin de la réutilisation. Elle sera désignée sous le nom de « soupape de transfert » (17). 1- 3 - 2 Les fonctions « Transvasement » et « Dédiée » Les soupapes restantes conservent leur double fonction et restent débrayables à volonté. Elles assurent les transvasements d'air et de gaz brûlés en fonctionnement normal du moteur thermique et sont appelées « soupapes de transvasement ». Cependant, elles peuvent aussi assurer l'ouverture de l'admission DE, les transvasements EF et FG et l'aspiration AB de la récupération d'énergie, mais aussi le refoulement DE (1K) et les transvasements EF (AB) et FG (BC), lors des réutilisations, en moteur pneumatique haute pression ou en moteur thermique. Celles qui assurent ces fonctions supplémentaires sont appelées « soupapes dédiées ». Toutes ces soupapes peuvent être dédiées (11). 1- 4 La technologie nécessaire Elle est ici présentée synthétiquement pour un moteur thermique à 4 temps, mais elle est adaptable au moteur 2 temps. Elle comprend, pour un cylindre: 1- 4 -1 Les éléments mobiles - Une soupape de transfert (17). - Des soupapes de transvasement et dédiées (11). - Un piston ou une soupape de distribution de la chambre de préinjection et de vaporisation (2). - Un clapet oscillant (10). 1- 4 - 2 La sélection et la motorisation des cycles et des fonctions Ces différents éléments mobiles nécessitent l'adaptation des technologies mécanique et électrique déjà présentées, pour réaliser, la sélection et les fonctions moteur thermique normal ou en réutilisation, compresseur haute pression, moteur pneumatique haute pression : 1- 4 - 2 -1 les éléments mécaniques (Fig. 20) - Un des arbres à cames de l'arbre à cames double dit « principal » défini précédemment est appelé « arbre économiseur » (18). Il porte des carnes de « récupération » (19) et de « réutilisation » (20), agissant sur des « culbuteurs économiseurs » déplaçables, pour la soupape de transfert, comme pour les soupapes dédiées. Il peut être fusionné totalement ou partiellement avec « l'arbre d'allumage » de la chambre de préinjection et de vaporisation. En cas de fusion partielle, l'arbre d'allumage peut porter les cames de réutilisation, et l'arbre économiseur les cames de récupération, ou inversement. - Des « culbuteurs économiseurs » (21), déplaçables latéralement (fig. 20 bis) ou axialement (fig. 20 ter) grâce à leur axe appelé « axe mobile » (22). Ces culbuteurs possèdent 3 positions, récupération, référence et réutilisation, pour sélectionner respectivement le fonctionnement en compresseur haute pression, moteur thermique normal, moteur pneumatique haute pression ou moteur thermique en réutilisation. Le déplacement latéral est progressif et nécessite des profils adaptés pour les rampes d'élévation (23) et les patins (24) de contact avec les cames (fig. 20 bis). Il est obtenu grâce à une rotation de l'axe mobile autour de son axe et à l'excentration du centre du culbuteur. Le déplacement axial se fait hors action de la came. Il nécessite des ressorts de temporisation (25), voire un cylindre intermédiaire (26) entre les cames, de diamètre égal au cercle de base des cames (fig. 20 ter). Le déplacement à 3 positions est assuré par un vérin hydraulique ou électrique. - L'autre arbre à cames « principal » porte les cames « transvasement » (27) du moteur thermique et agit sur les culbuteurs principaux (14) de débrayage. Il porte les cames spécifiques aux clapets oscillants. Il peut être fusionné totalement avec « l'arbre d'allumage ». - Les « culbuteurs principaux » (14) de débrayage, leur axe (28), les vérins (29) électriques ou hydrauliques et leur commande, agissent sur les soupapes de transvasement et dédiées (11), les culbuteurs économiseurs (21) dont les extrémités sont liées par une liaison ponctuelle bilatérale (30) avec celles des culbuteurs principaux (14), éventuellement sur le piston distributeur ou la soupape de distribution. 1- 4 - 2 - 2 Les éléments électriques (Fig. 21) Ce sont des bobines électromagnétiques qui agissent sur les soupapes, les culbuteurs, le piston ou la soupape de distribution de la chambre de préinjection et de vaporisation, le clapet oscillant, comme cela a déjà été précisé pour ces éléments. 1 - 4 - 2 - 3 Remarques - La motorisation peut résulter de différentes combinaisons des éléments mécaniques et électriques présentés ci-dessus, qui peuvent varier suivant la géométrie de l'ensemble : chambre de compression, chambre de préinjection et de vaporisation, piston ou soupape de distribution, soupapes de transfert, soupapes dédiées, soupapes de transvasement, clapet oscillant, arbres à cames et culbuteurs. - Dans une combinaison totalement mécanique, les cycles de récupération et de réutilisation sont ceux du fonctionnement en moteur thermique, 4 ou 2 temps. Les arbres à cames peuvent également être mobiles axialement, si les culbuteurs sont fixes. Le choix de la réutilisation, avec ou sans apport d'énergie est un choix constructif - Dans une combinaison totalement électrique, suivant l'importance du frein moteur et du couple de relance désirés à un instant donné, les cycles de récupération et de réutilisation sont à 4 temps ou à 2 temps, au choix. La réutilisation peut se faire en moteur thermique ou pneumatique haute pression, à tout instant, au choix. - Les culbuteurs économiseurs présentent un profil à 3 positions, récupération, référence et réutilisation, pour ceux à déplacement latéral. Pour ces mêmes 3 positions définies, les culbuteurs à déplacement axial ont un profil unique. - La combinaison mécanique de motorisation des cames de réutilisation des soupapes de transfert et dédiées impose des calages spécifiques par rapport au cycle de fonctionnement et au mode de récupération. La réutilisation n'est donc possible qu'en moteur thermique ou en moteur pneumatique haute pression, suivant le choix constructif. 1- 4 - 3 Le réservoir de Stockage C'est un réservoir d'air comprimé (31) dont le volume dépend de l'importance de la récupération souhaitée et de la stratégie de réutilisation. Ce réservoir est isolé et il peut être muni d'un échangeur «.fumées-air comprimé », pour maintenir l'air comprimé à une température suffisante avant détente. Il peut contenir le pot catalytique. Il est équipé d'une jauge de contrainte et d'un thermocouple pour connaître la pression et la température du gaz. Il possède une soupape de sécurité. 1 - 5 L'hybridation oneumatione-électrione L'hybridation pneumatique-électrique peut être réalisée par l'implantation d'un alternateur-démarreur sur l'ensemble « moteur-boîte de vitesses ». Sa position, par rapport à cet ensemble, dépend du type de stockage privilégié, de l'importance de l'hybridation pneumatique et électrique voulue, de la réduction des pertes d'énergies liées à la récupération et à la réutilisation. L'alternateur-démarreur peut être intégré au moteur ou séparé, placé en série sur l'arbre moteur ou parallèlement à celui-ci. Lorsqu'il est parallèle à l'arbre moteur, il est couplé au moteur de façon permanente ou épisodique, par un système « lien flexible-coupleur électromagnétique », piloté par l'ordinateur de bord. L'alternateur-démarreur séparé peut-être placé : - entre la boîte de vitesses et l'embrayage (Fig. 22 et 23), en série ou en parallèle. Dans ce cas, le moteur doit posséder un volant d'inertie. L'embrayage peut être actionné soit par action humaine sur la pédale d'embrayage, soit par l'action d'un vérin hydraulique ou électrique commandé par l'ordinateur de bord. - Entre l'embrayage et le moteur, parallèlement au moteur (Fig. 24). L'alternateur-démarreur intégré est situé en série, entre l'embrayage et le moteur, et il participe au volant d'inertie (Fig. 25). Lorsque l'alternateur-démarreur est placé entre l'embrayage et le moteur, le moteur est couplé à la boîte de vitesses par un embrayage actionné par la seule action humaine sur la pédale d'embrayage. 2 - Fonctionnement 2 -1 Le fonctionnement en moteur thermique normal Avec les éléments mécaniques, les culbuteurs économiseurs sont en position de référence, le moteur thermique fonctionne normalement en cycle 4 temps ou 2 temps, suivant le choix constructif Avec les éléments électriques, une ou des bobines électromagnétiques actionnent les soupapes de transvasement et dédiées suivant le cycle choisi. Dans tous les cas, le fonctionnement est celui d'un moteur ayant une cylindrée variable, tel que décrit précédemment. 2 2 La récupération 2 - 2 -1 Le déroulement La récupération se fait suivant le processus décrit à la partie « Soupapes double fonction, débarayables, pour une cylindrée variable ». Le terme « frein moteur » de cette partie signifie maintenant « récupération d'énergie cinétique ». Celle-ci se fait dans les phases de ralentissement, modéré, prononcé ou brutal d'urgence, pouvant aller jusqu'à l'arrêt du véhicule. L'ordinateur de bord analyse le type de ralentissement, la vitesse du véhicule et sa variation, la charge des batteries, ainsi que la pression et la température du réservoir de stockage. Connaissant la masse en charge maximale admissible du véhicule, l'ordinateur calcule la quantité maximale d'énergie à récupérer et celle récupérable par chaque système. Il peut moduler la pression du liquide de frein pour privilégier la récupération d'énergie, protéger les freins de l'usure, améliorer la sécurité par réduction de la distance d'arrêt des véhicules, éviter des décélérations trop importantes, traumatisantes pour les passagers et accidentogènes pour les autres conducteurs. 2 - 2 - 2 L'hybridation Pour les ralentissements modéré et prononcé, toujours selon le choix constructif, la récupération se fait alors sous forme : 2 - 2 - 2 -1 d'énergie électrique privilégiée (Fig. 22) Si la charge des batteries le permet, L'ordinateur privilégie le stockage électrique, en débrayant le moteur thermique, à l'aide du vérin hydraulique ou électrique agissant sur l'embrayage. Avant la fin de la charge des batteries, il embraye le moteur thermique pour stocker l'énergie restante sous forme électrique et pneumatique. 2 - 2 - 2 - 2 d'énergie électrique ou d'énergie pneumatique (Fie. 23) L'ordinateur privilégie le système ayant la plus grande capacité de charge instantanée en débrayant soit le moteur, soit l'alternateur-démarreur. Avant la fin de la charge d'un des systèmes, il embraye l'autre et débraye le premier, pour stocker l'énergie restante. 2 - 2 - 2 - 3 d'énergie pneumatique privilégiée (Fig. 24) Si la pression du réservoir le permet, l'ordinateur privilégie le stockage pneumatique, en débrayant l'alternateur-démarreur. Avant l'obtention de la pression maximum, il embraye l'alternateur-démarreur pour stocker l'énergie restante sous forme électrique et pneumatique. 2 - 2 - 2 - 4 d'énergie électrique et d'énergie pneumatique (Fig. 25) Il n'y a pas de découplage possible entre le moteur et l'alternateur-démarreur. Le frein moteur est maximum. Le stockage est électrique et pneumatique, dans des proportions déterminées par le choix constructif. Lors d'un ralentissement brutal d'urgence, dans tous les cas définis ci-dessus, les deux systèmes sont embrayés, pour bénéficier du frein moteur maximum. Le stockage est électrique et pneumatique. 2 - 2 - 3 L'activation de la compression Suivant le besoin instantané de ralentissement ou de sécurité, l'ordinateur module les cycles de récupération (4 temps ou 2 temps) et le nombre de cylindres actifs, suivant les possibilités des éléments constructifs. Avec les éléments mécaniques, tous les cylindres deviennent actifs. Ceux-ci, ayant leur injection coupée, deviennent compresseurs haute pression par déplacement des axes mobiles des culbuteurs, de la position de référence vers la came récupération. Avec les éléments électriques, il y a action judicieuse sur les bobines électromagnétiques de la soupape de transfert et des soupapes dédiées. 2 - 2 - 4 La désactivation de la compression Lorsque la vitesse du véhicule devient inférieure à une vitesse à peine supérieure à celle définie par la vitesse engagée et la consigne de l'accélérateur, par exemple 3 km /h au dessus, l'ordinateur désactive la compression, par retour des culbuteurs des cylindres actifs à leur position de référence et, ou, par action judicieuse sur les bobines électromagnétiques. Ceci permet de préparer le moteur à la procédure d'arrêt déjà définie ou à la réutilisation. L'arrêt du véhicule se fait alors par le seul freinage hydraulique. 2 - 3 La réutilisation 2 - 3 - 1 Le moment La réutilisation peut être : - Immédiate, si les réserves d'énergies du réservoir et de la batterie sont suffisantes. Dans ce cas, la réserve d'énergie pneumatique est épuisée jusqu'à une « pression minimum » et la batterie est partiellement vidée, tout en conservant une « réserve de sécurité » minimum, quel que soit l'ordre d'action. - Différée, lorsque la récupération a été faible, c'est à dire que la température et la pression du réservoir sont inférieures à des valeurs « utiles », supérieures aux valeurs minimum, optimisant le rendement de l'ensemble, ou lorsque la tension de la batterie est inférieure à une « tension utile », pour la même cause. - Combinée immédiate-différée, pour permettre la relance du moteur et du véhicule, mais aussi, par exemple, pour apporter un complément d'énergie au moteur thermique lors d'une accélération brutale, ou lors de l'enfoncement maximum de la pédale d'accélérateur. Dans ce cas, la réserve d'énergie pneumatique est épuisée jusqu'à la pression minimum pour la relance immédiate. La batterie est partiellement vidée, tout en conservant une « réserve d'accélération », supérieure à sa « réserve de sécurité », pour une utilisation différée. 2 - 3 - 2 Le déroulement La réutilisation se fait lors d'un démarrage, ou d'un redémarrage, ou dès que la vitesse du véhicule devient inférieure ou égale à celle définie par la vitesse engagée et la consigne de l'accélérateur. Elle suit les processus décrits ci-dessus et à la partie « Soupapes double fonction, débarayables, pour une cylindrée variable ». L'ordinateur de bord analyse la charge des batteries, la pression et la température du réservoir de stockage ainsi que la puissance demandée, définie par la vitesse engagée et la consigne de l'accélérateur. Connaissant les énergies pneumatique et électrique stockées, l'ordinateur active les mode de réutilisation, électrique et pneumatique, en fonction de l'hybridation choisie et du besoin. 2 - 3 - 3 L'activation de la réutilisation pneumatique L'ordinateur module les cycles de récupération (4 temps et 2 temps) et le nombre de cylindres actifs, suivant les possibilités des éléments constructifs. Avec les éléments mécaniques, tous les cylindres sont actifs. Ceux- ci deviennent moteurs par déplacement des culbuteurs, de la position de référence vers la came réutilisation. Avec les éléments électriques, il y a action judicieuse sur les bobines électromagnétiques de la soupape de transfert et des soupapes dédiées. La réutilisation peut se faire, comme indiqué précédemment, en moteur thermique ou en moteur pneumatique haute pression, l'un ou l'autre avec les éléments mécaniques, l'un et l'autre, au choix, avec les éléments électriques. 2 - 3 - 4 La désactivation de la réutilisation pneumatique Lorsque la pression et la température du réservoir deviennent inférieures à des valeurs minimum, l'ordinateur désactive la réutilisation pneumatique, par retour des culbuteurs des cylindres actifs à leur position de référence et, ou, par action judicieuse sur les bobines électromagnétiques. Ceci permet de préparer le moteur à la procédure de fonctionnement en moteur thermique ou à l'arrêt de ce moteur pour un fonctionnement électrique. 2 - 4 Le fonctionnement en moteur électrique Si la réserve d'énergie électrique est supérieure à la valeur minimum, l'alternateur-démarreur peut être utilisé pour un démarrage ou un redémarrage du véhicule et à chaque fois que la puissance demandée est inférieure â la puissance nominale du système. Il peut également être utilisé en complément de l'énergie thermique, lors d'une accélération brutale, lors de l'enfoncement maximum de la pédale d'accélérateur, pour offrir une puissance et une sécurité supplémentaire . REVENDICATIONS1 - Moteur à combustion interne dans lequel chaque cylindre comprend une culasse (5), un piston (6) monté dans une chemise (7), un injecteur (9), caractérisé en ce que chaque cylindre comprend une chambre de préinjection et de vaporisation (8), située dans la culasse (5), sur laquelle est implanté l'injecteur (9) et dans laquelle sont réalisés le mélange initial et la combustion, et une chambre de compression (4) délimitée par la culasse (5), la chemise (7) et le piston (6), les deux chambres étant reliées par un canal de liaison (1) équipé d'un dispositif de séparation pour réaliser l'ouverture et la fermeture dudit canal de liaison, ledit injecteur effectuant une injection du carburant à pression définie, dans la chambre de préinjection et de vaporisation contenant des gaz brûlés chauds dès la fermeture du canal de liaison lors du cycle précédent et jusqu'à la fin de la compression du cycle en cours, afin de favoriser la gazéification des combustibles liquides pulvérisés, une combustion détonante dans la chambre de préinjection et de vaporisation étant réalisée après ouverture du canal de liaison. 2 - Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de séparation comprend une soupape de distribution ou un piston de distribution (2). 3 - Moteur à combustion interne selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de séparation comprend un piston de distribution, ledit piston de distribution et la culasse ayant des formes coniques (12) garantissant une étanchéité entre le piston et la culasse lors de l'explosion. 4 - Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour chaque cylindre, la culasse (5) comprend des soupapes double fonction (11) connectées au conduit d'admission et au conduit d'échappement (13), un dispositif situé dans lesdits conduits étant apte à être déplacé entre une position d'admission et une position d'échappement de sorte que les dites soupapes assurent à la fois l'admission de l'air et l'échappement des gaz brûlés dudit cylindre. 5 - Moteur à combustion interne selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit dispositif situé dans lesdits conduits comprend un clapet oscillant (10) possédant une forme de vé évasé (16) dont la pointe est tournée vers l'extérieur. 6 - Moteur à combustion interne selon les revendications 4 ou 5 caractérisé en ce que les dites soupapes double fonction (11) sont aptes à être débrayées en position ouverte pour inactiver le cylindre, afin de permettre une cylindrée opérationnelle variable par cylindre ou groupes de cylindres. 7 - Moteur à combustion interne selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir de stockage de gaz de compression (31), la chambre de compression de chaque cylindre communicant par une soupape de transfert (17) avec ledit réservoir pour permettre le stockage des gaz de compression lorsque le moteur fonctionne en compresseur haute pression et le déstockage lorsque le moteur fonctionne en moteur thermique ou en moteur pneumatique haute pression.40 8 - Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que pour chaque cylindre, la soupape de distribution ou le piston de distribution, et/ou le dispositif situé dans le conduit d'admission et le conduit d'échappement, et/ou la soupape de transfert, et/ou les soupapes double fonctions, sont chacun aptes à être déplacés par une bobine électromagnétique pilotée par l'ordinateur de bord, directement pour chacun ou par l'intermédiaire de culbuteurs de débrayage (14) pour les soupapes double fonction. 9 - Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que pour chaque cylindre, la soupape de distribution ou le piston de distribution, et/ou les soupapes double fonction, et/ou la soupape de transfert, et/ou le dispositif situé dans le conduit d'admission et le conduit d'échappement, sont chacun aptes à être déplacés par des cames, des cames de récupération (19) et des cames de réutilisation (20) situées sur l'arbre à cames économiseur (18) pour la soupapes de transfert (17) et pour les soupapes double fonction (11) dédiées, des cames situées sur l'arbre à cames principal (3) pour les soupapes double fonction (11) débrayables par l'intermédiaire de culbuteurs de débrayage (14) , une came située sur l'un ou l'autre des arbres à cames pour la soupape de distribution ou le piston de distribution comme pour le dispositif situé dans le conduit d'admission et le conduit d'échappement. 10 - Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 4, 7, 8 et 9, caractérisé en ce qu'il possède un arbre mobile (22), piloté par l'ordinateur de bord à l'aide d'un vérin (15) hydraulique ou électrique, présentant un déplacement latéral ou axial à trois positions de fonctionnement, récupération en compresseur haute pression, référence en moteur thermique normal, réutilisation en moteur thermique ou en moteur pneumatique haute pression, portant des culbuteurs économiseurs (21) de transfert et dédié agissant respectivement sur les soupapes de transfert (17) et les soupapes double fonction (11) dédiées, lesdits culbuteurs économiseurs de transfert et dédié possèdent des profils à 3 positions comprenant des patins décalés (24) et des rampes d'élévation (23) pour la récupération et la réutilisation lors du déplacement latéral, lesdits culbuteurs économiseurs de transfert et dédié possèdent un profil unique et sont séparés par des ressorts de temporisation (25) placés de part et d'autre de chaque culbuteur pour la récupération et la réutilisation lors du déplacement axial, les dits culbuteurs de débrayage (14) et économiseur (21) dédié étant liés par la liaison appui ponctuel bilatérale pouvant être curviligne (30).