Brevet FR3033834A1 — publié le 20160923

La présente invention concerne un nouveau mode de fonctionnement des moteurs thermiques permettant d'optimiser leurs performances tout en diminuant 5 leur consommation de carburant et les rejets polluant. Dans un moteur thermique ,le mouvement final est obtenu par la poussée sur un piston d'un mélange gazeux préalablement compressé dont on a déclenché l'explosion à un instant défini. 10 Plus la compression sera importante, meilleure sera la détente ( phase moteur), cependant ,cette compression engendrant un échauffement important et immédiat de l'air utilisé, celle-ci crée elle même ses propres limites d'utilisation , à savoir : l'effet « cliquetis » qui , à partir d'une certaine valeur, enflamme le mélange gazeux à des instants inopportuns, déclenchant l'explosion 15 de manière intempestive, de même que les moteurs dits à quatre temps et encore plus ceux à deux ou cinq temps n'arrivent pas à évacuer la totalité des gaz brulés dans leur phase « d'échappement » ce qui nuit à leur rendement. Le mode de fonctionnement de la présente invention permet de remédier à ces 20 deux problèmes tout en supportant des explosions beaucoup plus puissantes et en permettant le dosage exact de la compression souhaitée et donc de l'adapter aux besoins instantanés du moteur et à toutes sortes de carburant. Il se décompose en effet selon une première caractéristique de un ou 25 plusieurs « modules » comportant une chambre de compression/explosion (20) statique ( équipés en interne d'un injecteur à carburant ainsi que d'un système d'allumage) alimentée en air compressé par un ensemble cylindre/piston ( 1 et 2) et communiquant avec un ensemble cylindre/piston de détente ( 3 et 4) de volume très inférieur au cylindre ( 1 ). 30 Cette chambre se décompose de deux « culasses » de matière métallique ou céramique ( 22 ) supérieure et inférieure ( 27 ) réunies par un joint et boulonnées entre elles et présentant une ouverture d' « admission « en haut ainsi que d'une autre ouverture en bas destinée à canaliser, après la phase de compression, le flux de l'explosion du mélange air/carburant vers le cylindre de détente ( 3 ), 35 ces deux ouvertures étant ouvertes ou fermées à la demande par leur soupape respectives ( 13 et 18). Cette chambre de compression/explosion est indépendante du rets du moteur avec lequel elle communique par l'intermédiaire de soupape ou clapet 5 13) en amont avec son cylindre d'admission/compression d'air ( 1) et en aval par 40 l'intermédiaire d'une autre soupape ou clapet ( 18) avec le cylindre de détente ( 3 ) Tous les pistons de chaque cylindre sont reliés par l'intermédiaire d'une bielle au même vilebrequin, si bien qu'ils effectuent solidairement leur mouvement alternatif de haut en bas en même temps de façon que lorsque le piston de 45 compression ( 2) remonte et comprime l'air dans la chambre de compression/explosion 3033834 2 piston de détente (4) expulse simultanément les gaz brulés et que lorsqu'i redescend en phase d'admission, il se produit en même temps la phase d'explosion dans la chambre de compression/explosion et la phase de détente dans le cylindre de détente (3) si bien que le moteur assure ses quatre temps en un seul tour de vilebrequin. Selon une deuxième caractéristique , la chambre de compression est équipée d'un support interne central (19) relié à chacune de ses extrémités à la soupape 10 d'admission en amont (13) et de sa soupape d'explosion (18) en aval. Ce support est commandé via sa tige et guide (21) de l'extérieur par « came » ou système électromagnétique ou tout autre mode actionnant son mouvement alternatif peut adopter trois positions remarquables différentes : -haute ( soupape admission (13) fermée et soupape explosion (18) ouverte) 15 -basse ( soupape admission (13) ouverte et soupape explosion (18) fermée ) -intermédiaire ( les deux soupapes entrouvertes) cette position permettant, à la remontée des pistons dans un premier temps et dans un laps de temps court l'évacuation totale des gaz brulés. Pour une meilleure fluidité du mélange gazeux, il est recommandé que la forme 20 de ce support (19) se rapproche de celui de la « goutte d'eau » (19) permettant d'optimiser l'expulsion du mélange en phase d'explosion en profitant de « l'effet Coanda » ainsi que la soupape de détente (18) doit être de diamètre supérieur à Celle d'admission (13) . 25 Selon un mode particulier de réalisation , ce support peut contenir en lui-même le système d'injection directe (24) du carburant de façon à homogénéiser son mélange avec l'air, ainsi que le système d'allumage (25) et assurer ainsi un allumage réparti dans toute la chambre de compression/explosion et une meilleure explosion du mélange air/carburant. 30 Selon un autre mode particulier de réalisation , ce même support peut contenir en interne et donc à l'intérieur de la chambre de compression/explosion des capteurs (26) de pression, de température et de toutes autres informations propres à gérer les différents paramètres du fonctionnement du moteur. Selon des modes particuliers de réalisation ,plusieurs chambre compression/explosion 35 peuvent déboucher simultanément dans le même cylindre de détente et libérer ainsi une puissance très supérieure sans pour autant que la limite acceptable de compression ne soit dépassée dans aucune des chambres de compression/explosion. Les ensembles cylindre/pistons d'air frais extérieur munis d'une ou plusieurs Soupape d'admission sont de volume très supérieur à celui de détente de façon à 40 être capable d'alimenter en air frais compressé la chambre de compression/explosion et une fois la compression désirée atteinte, régulée par la soupape de surpression (10) de dériver le surplus vers l'extérieur par les canaux ( 16 et 17) d'une part vers un stockage d'air comprimé (que l'on pourra utiliser à la demande pour alimenter le système de mise en veille et de redémarrage (connu sous le nom de start 45 and go) ou comme « renfort » de puissance immédiate en cas de besoin, le reste étant 3033834 3 dirigé vers l'extérieur ou servant de refroidissement à des pièces moteur. Les cylindres d'admission sont équipés de leur soupape d'air frais extérieur (6) 5 et les tubulures (7) qui les relient à la chambre de compression/explosion sont équipés de clapet « antiretour » (8) à la sortie du cylindre et avant la soupape (13) d'admission de la chambre de compression/explosion. Le cylindre de détente est quand à lui équipé de sa ou ses propres soupapes D'échappement (15). Ces ensembles cylindre/pistons (1 et 2) d'admission de volume important assurent de plus, en fonction du choix des positions des soupape un frein moteur très supérieur aux moteurs existant tout en diminuant sensiblement la consommation de carburant puisque dans les conditions d'utilisation des véhicules en mode « laisser aller » de décélération et de freinage, il est alors possible de couper totalement l'arrivée de carburant ainsi que l'allumage. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente en coupe un ensemble complet simple d'un module La figure 2 représente un schéma d'un ensemble de double alimentation la figure 3 représente un schéma en coupe d'un support interne des soupapes de la chambre de compression/explosion. La figure 4 représente une coupe de l'ensemble : chambre compression/explosion + support interne des soupapes et détail. 3033834 4 En référence à ces dessins, l'ensemble moteur comporte : 1 - cylindre admission/compression 5 2 -piston admission compression 3 - cylindre détente 4 - piston détente 5 - tubulure acheminement air frais 6 - soupape air frais 10 7 - tubulure canalisation air en compression 8 - clapets anti retour 9- guide tige support chambre de compression/explosion 10- soupape surpression 15 13- soupape entrée chambre de compression/explosion 14- tubulure échappement gaz brulés 15- soupape échappement gaz brulés 16 - évacuation air frais en plus 20 17- évacuation surplus air compressé vers tank à air comprimé 18-soupape communication chambre de compression/cylindre détente 19- support soupapes chambre de compression 20- chambre de compression/explosion 21- tige et guide support soupapes chambre de compression/explosion 22- culasse supérieure chambre de compression/explosion 24- option injecteurs internes 25- option allumages internes 30 26- option capteurs internes 27 culasse inférieure chambre de compression/explosion 3033834 5 Dans la forme de réalisation selon la figure 1, la chambre de compression/explosion(2) De structure soit métallique soit céramique reçoit en amont l'air frais compressé 5 par le piston (2) du cylindre (1) et régulé par la soupape de surpression (10) par l'intermédiaire de la soupape (13) ouverte pendant la montée du piston (2) alors que la soupape de communication (18) est fermée, les soupapes 13 et 18 étant fixées de part et d'autre du support intérieur central (figure 4) qui commande leur positions, 10 lui-même actionné par l'intermédiaire de sa tige (21) par une came ou un système électromagnétique. Lorsque la compression atteint le niveau désiré ( contrôlé par les capteurs Internes à la chambre) la soupape 13 se ferme, l'injecteur pulvérise La quantité de carburant nécessaire et la bougie provoque l'allumage du 15 mélange pendant que la soupape de communication (18) s'ouvre et que l'explosion provoque la descente simultanée de tous les pistons ( 2 et 4) et que la soupape (6) se rouvre. A la remontée des pistons, pendant un bref instant, soupape (6) fermée, Soupape 15 d'échappement ouverte, les soupapes 13 et 18 restent 20 entrouvertes permettant ainsi le « nettoyage » complet de la chambre de compression/ explosion, puis la soupape 18 se referme, soupape 13 ouverte et le cycle recommence alors que le vilebrequin n'a fait qu'un seul tour. 25 Application industrielle : cette invention réalisable industriellement permet de fabriquer des ensembles moteurs qui remplacent avantageusement les moteurs thermiques actuels. 5 REVENDICATIONS1 - Moteur thermique propre a transférer la puissance générée par l'explosion d'un mélange gazeux dans une chambre de compression vers un ensemble cylindre/piston de détente, caractérisé en ce que la dite chambre de compression/explosion est indépendante du reste du moteur avec lequel elle 10 communique par l'intermédiaire de clapets ou soupapes de façon à recevoir en amont l'air compressé par un premier ensemble cylindre/piston, de le mélanger avec un carburant en contrôlant la compression et a l'enflammer par un système d'allumage puis à évacuer la pression ainsi obtenue vers un autre cylindre de (détente) par l'intermédiaire d'un autre soupape. 15 2- Moteur thermique selon la revendication précédente caractérisé en ce que les deux soupapes (d'admission de l'air compressé et de communication avec le cylindre de détente) de la chambre de compression sont fixés de part et d'autre du même support central, situé en plein coeur de la chambre de 20 compression/explosion, commandé de l'extérieur par came ou système électro magnétique, assurant à la demande les ouvertures et fermetures des soupapes et supportant, en option, lui même les systèmes d'injection de carburant et d'allumage. 25 3- Moteur thermique selon la revendication 2 caractérisé en ce que la commande des soupapes les laissent entrouvertes en même temps que celle d'échappement du cylindre de détente pendant le début de la remontée des pistons permettant ainsi de nettoyer la totalité des gaz brûlés à l'intérieur des chambres de compression comme dans le cylindre de détente.