INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Contrairement aux moteurs à 2 temps de l’art antérieur où l’échange des gaz est structuré pour minimiser le volume de la zone mélangée et où la fermeture du cylindre intervient quand la zone mélangée en est partiellement expulsée pour offrir à la combustion un air comburant aussi pur que possible, l’invention structure l’échange des gaz pour diffuser des gaz brûlés dans l’intégralité de la masse fraîche MA sans évacuer de l’air carburé vers l’échappement.
Les objectifs contradictoires dans un cycle à 2 temps d’intensifier le mélange des gaz et d’éviter un by-pass admission-échappement impliquent la conception d’une architecture d’échange des gaz spécifique de l’invention avec l’aide d’une simulation numérique 3D de mécanique des fluides réactifs.
L’invention comporte des moyens pour positionner la combustion de façon optimale au voisinage du point haut. A cet effet un capteur situé dans la chambre de combustion détecte en temps réel la position angulaire de la combustion. Ce capteur renseigne en permanence un ordinateur de contrôle moteur qui commande des actionneurs agissant sur le niveau thermique du milieu réactif, pour positionner l’auto-allumage à la fin de la course de compression conformément à une cartographie du champ couple/vitesse de fonctionnement du moteur stockée dans la mémoire de l’ordinateur.
Par exemple, un capteur sensible à la pression des gaz détecte la pression maximale du cycle qui coïncide avec la fin de combustion. Parmi les actionneurs qui agissent instantanément sur le niveau thermique du milieu réactif nous citerons à titre non limitatif, les déphaseurs d’arbre à came, les distributeurs de turbine à section débitante variable, les by-pass de turbine à section débitante variable, les bypass de réfrigérant d’air à section débitante variable.
Pour disposer d’un nombre maximal de paramètres pour contrôler le moteur, l’inventeur a choisi de poursuivre la description de l’invention dans l’architecture des moteurs à 4 temps où les orifices d’admission et d’échappement sont situés dans une culasse et sont obturés par des soupapes actionnées par des arbres à cames déphasables permettant de déconnecter le diagramme de distribution des gaz du déplacement des pistons, contrairement aux moteurs à balayage unicourant qui comportent des orifices situés dans l’épaisseur des cylindres obturés par les pistons.
Dans ce qui suit, l’invention est présentée dans son application préférée dans un groupe électrogène léger, pour le transport terrestre et maritime et pour la production décentralisée d’électricité, entrainé par un moteur turbocompressé turbo-compound à bas taux de compression carburé à l’ammoniac pur et tournant à vitesse constante. Cette application particulière exploite tous les avantages qui caractérisent l’invention.
On se réfère maintenant à la .
Un moteur de groupe électrogène (1) fonctionnant à 1500 tours par minute sur le cycle à 2 temps turbo-compound comporte 6 cylindres (2) en ligne qui allument successivement tous les 60 dv (degrés vilebrequin) pour séparer les échanges des gaz qui s’effectuent à travers des culasses.
Afin de garantir une aérodynamique interne identique dans tous les cylindres, les tuyères d’admission sont reliées à un plénum d’admission (3) pressurisé à une pression PA, et les orifices d’échappement sont reliés à un plénum d’échappement (4) pressurisé à une pression PE inférieure à PA. Les plénums sont suffisamment volumineux par rapport au volume de gaz transféré à chaque cycle pour que PA et PE soient sensiblement constantes en régime stabilisé à charge constante.
Le dispositif d’injection 80 comporte une pluralité de premiers injecteurs 81, et au moins un, de préférence plusieurs clapets fusibles 100, répartis sur une paroi P du distributeur 70 autour de l’axe X. On notera que la présence des premiers injecteurs 81 est optionnelle, le dispositif d’injection 80 pouvant ne comprendre que des clapets fusibles 100. Afin de simplifier la description de ce mode de réalisation, un seul premier injecteur 81 et un seul clapet fusible 100 sont représentés sur la . Par ailleurs, bien que le mode de réalisation soit décrit en référence à la turbine basse pression 60, l’invention pourrait également s’appliquer à la turbine haute pression 50.
Le premier injecteur 81 est un orifice réalisé dans la paroi P du distributeur 70, permettant d’injecter en permanence, c’est-à-dire de manière continue lorsque la turbomachine est en fonctionnement, un premier débit d’air de refroidissement dans la cavité sous veine 68. Ce premier débit permet d’assurer le refroidissement, plus précisément la purge 76 et le maintien en température de la turbine basse pression 60 dans des conditions de fonctionnement nominal de celle-ci, c’est-à-dire en l’absence d’un des dysfonctionnements mentionnés ci-dessus. Les dimensions de l’orifice sont déterminées de manière à ce que le premier débit soit par exemple compris entre 270 et 310 g/s. Dans certaines applications où les températures en jeu sont plus basses, un tel refroidissement par un premier débit n’est pas nécessaire en conditions de fonctionnement nominales. Dans ce cas, seuls les clapets fusibles 100 sont nécessaires.
Le clapet fusible 100 comprend une partie fixe 110 et une partie mobile 120. La partie fixe 110 comprend un corps de clapet amont 111 et un corps de clapet aval 112. Le corps de clapet amont 111 peut avoir une forme cylindrique d’axe A dont une majeure partie est disposée d’un côté de la paroi P opposé à la cavité sous veine 68. Toutefois, une extrémité 111a du corps de clapet amont 111 peut être insérée dans un orifice de la paroi P et faire saillie à l’intérieur de la cavité sous veine 68. On notera que le corps de clapet amont 111 peut être fixé à la paroi P par exemple par soudage ou brasage, au niveau de son extrémité 111a. Par ailleurs, l’extrémité 111a peut être filetée.
Une portion du corps de clapet aval 112, comprenant un taraudage, est alors vissée sur l’extrémité 111a. Le corps de clapet aval 112 est disposé de l’autre côté de la paroi P que le corps de clapet amont 111, c’est-à-dire dans la cavité sous veine 68. Le corps de clapet aval 112 présente ainsi la forme d’un disque. L’assemblage du corps de clapet amont 111 et du corps de clapet aval 112 forme une cavité interne I.
Le corps de clapet aval 112 comprend au moins un évent 112a, de préférence une pluralité d’évents 112a (deux sont visibles sur la ) répartis circonférentiellement autour de l’axe A sur une face latérale du corps de clapet aval 112, mettant en communication fluidique la cavité interne I du clapet fusible 100 avec la cavité sous veine 68. Par ailleurs, une face du corps de clapet aval 112 comprend une portion en saillie comprenant un trou traversant s’étendant de la cavité interne I à la cavité sous veine 68, ledit trou traversant formant un alésage 112b destiné à recevoir une portion de la partie mobile 120 décrite ci-dessous.
La partie mobile 120 est disposée au moins en partie dans la cavité interne I entre le corps de clapet amont 111 et le corps de clapet aval 112. Plus précisément, la partie mobile 120 comprend un obturateur 121 disposé entièrement dans la cavité interne I, et une tige de guidage 122 s’étendant depuis une face aval de l’obturateur 121 et disposée en partie dans l’alésage 112b. La partie mobile 120 présente ainsi la forme d’un piston apte à se déplacer par translation le long de l’axe A.
Dans la position d’obturation représentée sur la , la partie mobile 120 est positionnée le long de l’axe A de telle sorte que l’obturateur 121 soit en contact avec une paroi du corps de clapet amont 111. Ainsi, l’air de refroidissement présent dans le clapet fusible 100 en amont de l’obturateur 121, c’est-à-dire à gauche de l’obturateur 121 sur la , ne peut accéder à la partie de la cavité interne I située en aval de l’obturateur 121, et par conséquent aux évents 112a.
La partie mobile 120 est maintenue dans cette position d’obturation par le frettage F de la tige de guidage 122 dans l’alésage 112b. En effet, la tige de guidage 122 est insérée dans l’alésage 112b par un ajustement serré. Le frettage F peut par exemple être réalisé par chauffage initial du corps de clapet aval 112 pour le dilater, avant d'insérer la tige de guidage 122 dans l’alésage 112b du corps de clapet aval 112 ainsi dilaté. Le refroidissement du corps de clapet aval 112 entraîne sa rétraction, l’alésage 112b venant ainsi se serrer autour de la tige de guidage 122.
Par ailleurs, la partie fixe 110, en particulier le corps de clapet aval 112 comprend un matériau présentant un coefficient de dilatation plus important que le coefficient de dilatation de la partie mobile 120, en particulier la tige de guidage 122. Par exemple, la partie fixe 110 comprend un alliage à base de nickel, tel que de l’Inconel ® , et la partie mobile 120 comprend du carbure de tungstène ou des céramiques. Ainsi, en cas d’élévation de la température, le corps de clapet aval 112, en particulier l’alésage 112b, se dilate de manière plus importante que la tige de guidage 122.
Le corps de clapet amont 111 comprend en outre une paroi amont 130, fixée par soudage ou brasage par exemple, à une paroi interne du corps de clapet amont 111. La paroi amont 130 est une rondelle dont une vue de face selon l’axe A est représentée sur la . La rondelle comprend un contour 135 fixé sur la paroi interne du corps de clapet amont 111, et une partie centrale 133 circulaire reliée au contour 135 par au moins deux bras structuraux 132. Entre le contour 135, les bras structuraux 132 et la partie centrale 133, sont formées deux ouvertures 131. Les ouvertures 131 permettent le passage de la fraction 71 de l’air de refroidissement circulant dans le distributeur creux 70, jusqu’à l’intérieur de la cavité interne I du clapet fusible 100, dans la portion de ladite cavité interne I située en amont de l’obturateur 121.
Un ressort de rappel 140 est disposé dans la cavité interne I, en amont de l’obturateur 121. Le ressort de rappel 140 est monté en compression entre la partie central 133 de la paroi amont 130, et la face amont de l’obturateur 121 de la partie mobile en position d’obturation. A cet effet, la partie centrale 133 de la paroi amont 130 comprend de préférence un sillon 134 circulaire, configuré pour recevoir une extrémité du ressort 140 afin de maintenir ce dernier.
On comprend ainsi que la force exercée par le frettage F entre la tige de guidage 122 et l’alésage 122b est supérieure à la force exercée par le ressort de rappel 140 sur l’obturateur 121, et également à la force exercée par la pression de l’air de refroidissement en amont dudit obturateur 121. Le frettage F est par exemple configuré pour résister aux différences de pression, dans des conditions de fonctionnement nominal, entre l’air présent en amont de l’obturateur 121 et la cavité sous veine 68, de l’ordre de 3 bars. En condition de fonctionnement nominal, la partie mobile 120 est ainsi maintenue en position d’obturation.
A l’inverse, en cas d’élévation de la température dans la cavité sous veine 68 due à une anomalie, entraînant une dilatation de l’alésage 112b plus importante que celle de la tige mobile 122, l’étreinte exercée par l’alésage 112b sur la tige mobile 122 se relâche par le jeu des dilatations différentielles. La force exercée par le ressort de rappel 140 devient ainsi plus importante que la force exercée par le frettage F. Le ressort de rappel 140 pousse alors la partie mobile 120 qui se déplace ainsi en translation le long de l’axe A vers l’aval, permettant son passage en position d’ouverture, représentée sur la , et le maintien dans cette position.
Dans cette position d’ouverture, l’obturateur 121 n’est plus en contact avec le corps de clapet amont 111, de telle sorte que les parties amont et aval de la cavité interne I sont en communication. Par conséquent, l’air de refroidissement présent initialement en amont de l’obturateur 121 peut s’écouler jusqu’aux évents 112a, et être ainsi injecté dans la cavité sous veine 68.
On notera qu’en l’absence de ressort, le passage en position d’ouverture peut être assuré par la pression de l’air de refroidissement sur l’obturateur en amont de la partie mobile. Le refroidissement de la température au sein de la cavité interne 68 peut ensuite permettre le maintien de la partie mobile en position d’ouverture du fait de la rétraction de l’alésage 112b.
Ainsi, lorsqu’un des dysfonctionnements mentionnés ci-dessus se produit, la température au sein de la cavité sous veine 68 augmente et atteint des valeurs supérieures aux températures représentatives d’un fonctionnement nominal. Lorsque la température au sein de la cavité sous veine 68 atteint une valeur seuil de dilatation de l’alésage 112b, le clapet fusible 100 s’ouvre. Un débit d’air de refroidissement supplémentaire, par exemple compris entre 80 et 90 g/s peut alors être injecté dans la cavité sous veine 68 par l’intermédiaire du clapet fusible 100, en plus du premier débit injecté par le premier injecteur 81.
En fait, le dispositif 10 est de préférence configuré pour être utilisé à certaines pressions atmosphériques et/ou altitudes. L’unité 200 peut donc être configurée pour compenser des déformations du réservoir 5 causées par des variations de pression atmosphérique et/ou d’altitude pour des pressions atmosphériques ou des altitudes respectivement comprises entre 1054 mbar et 694 mbar ou 0 mètre et 3000 mètres au-dessus du niveau de la mer. Cependant l’unité 200 peut être configurée pour compenser des déformations du réservoir 5 causées par des variations de pressions atmosphériques et/ou d’altitudes pour des pressions atmosphériques ou d’altitudes différentes (par exemple pour des altitudes comprises entre 0 mètre et 4000 mètres au-dessus du niveau de la mer).
L’unité 200 est configurée pour associer à chaque plage une valeur de volume de fluide. Cette valeur de volume de fluide correspond à un volume de fluide à injecter dans l’élément gonflable 3 ou à prélever de l’élément gonflable 3 si une estimation de pression atmosphérique est nouvellement comprise dans une certaine plage. Le volume de fluide associé à chaque plage est idéalement configuré à l’activation du dispositif 10 et n’est pas voué à être modifié (bien que reconfigurable en cas de nécessité). Avantageusement, l’unité 200 est configurée pour calculer les valeurs de volumes de fluide associé à chaque plage à partir d’un volume maximal de fluide correspondant au volume de fluide à prélever ou à injecter lors d’une variation de pression atmosphérique maximale. Ainsi, chaque valeur de volume de fluide associé aux plages correspond à une subdivision du volume maximal de fluide.
Le volume maximal de fluide est typiquement une estimation d’un volume qui est susceptible d’être injecté dans l’élément gonflable 3 depuis le réservoir 5 dans le cas d’une diminution maximale de pression atmosphérique (par exemple une diminution de pression atmosphérique de 360 mbar correspondant à une augmentation d’altitude de 3000 mètres). Ce volume maximal de fluide correspond donc, réciproquement, à une estimation d’un volume qui est susceptible d’être prélevé depuis l’élément gonflable 3 jusque dans le réservoir 5 dans le cas d’une augmentation maximale de pression atmosphérique (par exemple une augmentation de pression atmosphérique de 360 mbar correspondant à une diminution d’altitude de 3000 mètres). Les valeurs de volumes de fluide associés aux plages peuvent être égales d’une plage à une autre ou différentes.
L’unité 200 est de préférence configurée pour mettre en œuvre une étape x) de détection de si l’estimation de la pression atmosphérique franchit au moins un seuil de pression atmosphérique et ce seuil est de préférence une borne inférieure ou supérieure d’une plage de pression atmosphérique. En d’autres termes, l’unité 200 est de préférence configurée pour mettre en œuvre une étape de détection d’un changement de plage dans laquelle est nouvellement comprise l’estimation de la pression atmosphérique. Par « nouvellement », on entend donc que l’estimation de la pression atmosphérique était précédemment comprise dans une autre plage et que le franchissement du seuil de pression atmosphérique l’a amenée dans une nouvelle plage. On rappelle que l’estimation de la valeur de pression atmosphérique est estimée à un instant tn. Un changement de plage signifie que l’estimation de la valeur de pression atmosphérique a franchi un seuil de pression atmosphérique (correspondant à une borne d’une plage). Cela signifie également que, à l’instant tn, l’individu dans lequel est implanté le dispositif 10 est exposé à une pression atmosphérique inférieure ou supérieure qu’à un instant précédent (éventuellement liée à des variations d’altitude).
Pour détecter un changement de plage dans laquelle est nouvellement comprise l’estimation de la valeur de pression atmosphérique, l’unité 200 est avantageusement configurée pour déterminer si la différence entre l’estimation de la pression atmosphérique et la valeur de pression atmosphérique de référence est supérieure à un seuil de différence de pression atmosphérique. Pour cela, l’unité 200 est configurée pour déterminer une différence entre une estimation de la pression atmosphérique et la valeur de pression atmosphérique de référence. En d’autres termes, l’unité 200 est capable d’évaluer la différence entre une estimation et la valeur de référence, la valeur de référence ayant été enregistrée antérieurement à l’estimation. On comprend ici que l’unité 200 est configurée pour détecter une augmentation ou une diminution de pression atmosphérique au-delà d’un certain seuil d’augmentation ou de diminution de pression atmosphérique. Par exemple, admettons que l’estimation de pression atmosphérique est de 900 mbar et que la valeur de pression atmosphérique de référence est de 1054 mbar. Une différence entre l’estimation de pression atmosphérique et la valeur de pression atmosphérique de référence est de 154 mbar. La valeur de référence étant acquise antérieurement à l’estimation, on comprend que le dispositif 10 est soumis à une diminution de pression atmosphérique de 154 mbar (pouvant correspondre à une montée en altitude).
Puis, cette différence est comparée à un seuil de différence de pression atmosphérique ou à un ensemble de seuils de différence de pression atmosphérique. Comme expliqué précédemment, un seuil de différence de pression atmosphérique correspond à l’étendue d’une plage. On se place dans le cas où les plages ont des étendues égales et donc que les seuils de différence de pression atmosphérique sont égaux d’une plage à une autre et égaux à 90 mbar. Dans l’exemple présenté ci-dessus, la différence de pression atmosphérique est égale à 154 mbar ce qui est supérieur à 90 mbar mais inférieur à 180 mbar (soit 2x90 mbar). La différence de pression est donc supérieure à un seuil de différence mais non pas à un ensemble de deux seuils de différence. L’unité est configurée pour en déduire que la plage dans laquelle l’estimation de pression atmosphérique (i.e. 900 mbar) est la plage P2. En fonction de cela, l’unité 200 est configurée pour déterminer si cette plage est identique ou non à la plage dans laquelle était comprise l’estimation de pression atmosphérique à un instant tn-1 antérieur à l’instant tn. Si, à l’instant tn-1, l’estimation de pression atmosphérique était comprise dans la plage P1, alors l’unité 200 est configurée pour détecter un changement de plage et alerter que la nouvelle estimation de pression atmosphérique (à l’instant tn) est inférieure à un seuil de pression atmosphérique, à savoir la borne inférieure de la plage P1. L’unité 200 est ainsi configurée pour, si un changement de plage dans laquelle est comprise l’estimation de la pression atmosphérique est détecté, déterminer que l’estimation de la pression atmosphérique est inférieure ou supérieure à un seuil de pression atmosphérique.
S’il est déterminé que l’estimation de la pression atmosphérique a franchi un seuil de pression atmosphérique (de telle sorte que l’estimation de la pression atmosphérique à l’instant tn est comprise dans une plage différente de l’estimation de la pression atmosphérique à l’instant tn-1), l’unité 200 est configurée pour commander un prélèvement ou une injection de fluide. En effet, le phénomène de changement de plage indique que le réservoir 5 s’est probablement déformé de sorte à injecter ou prélever du fluide dans l’élément gonflable sans que cela ne soit souhaité. Ces injections ou prélèvements non souhaités peuvent affecter l’intégrité des tissus entourés par l’élément gonflable (dans le cas d’une surpression provoquée par une injection de fluide), ou au contraire des fuites d’urine (dans le cas d’une pression insuffisante provoquée par un prélèvement de fluide).
En conséquence, l’unité 200 est de préférence configurée pour mettre en œuvre une étape a01) ou b01) de calcul d’un volume de fluide à prélever ou à injecter. Avantageusement, l’unité 200 est configurée pour sélectionner le volume de fluide associé à la plage dans laquelle est nouvellement comprise l’estimation de pression atmosphérique étant donné que préférentiellement, comme expliqué précédemment, à chaque plage est associé un volume de fluide.
L’unité 200 est configurée pour mettre en œuvre, si l’estimation de la pression atmosphérique franchit l’au moins un seuil de pression atmosphérique de sorte que la pression atmosphérique soit inférieure à l’au moins un seuil de pression atmosphérique, une étape a) de commande d’au moins un prélèvement du volume de fluide depuis l’élément gonflable 3 vers le réservoir 5 au moyen de l’actionneur 8. Pour mettre cela en œuvre, l’unité est configurée pour commander une augmentation du volume du réservoir 5 qui permet le prélèvement de fluide dans l’élément gonflable 3. Dans ce cas de figure, l’unité 200 compense une diminution de pression atmosphérique (éventuellement liée à une montée en altitude) causant une injection de fluide dans l’élément gonflable 3 depuis le réservoir 5. Ce cas de figure correspond à l’exemple présenté plus haut correspondant à un changement de plage de P1 à P2. Le volume de fluide à prélever peut être prélevé en une seule fois ou en plusieurs.
En outre, l’unité 200 est configurée pour mettre en œuvre, si l’estimation de la pression atmosphérique franchit l’au moins un seuil de pression atmosphérique de sorte que la pression atmosphérique soit supérieure à l’au moins un seuil de pression atmosphérique, une étape b) de commande d’au moins une injection d’un volume de fluide depuis le réservoir 5 vers l’élément gonflable 3. Pour mettre cela en œuvre, l’unité est configurée pour commander une diminution du volume du réservoir 5 qui permet l’injection de fluide dans l’élément gonflable 3. Dans ce cas de figure, l’unité 200 compense une augmentation de pression atmosphérique (éventuellement liée à une descente en altitude) causant un prélèvement de fluide dans l’élément gonflable 3.
En conséquence, le dispositif 10 est adapté pour compenser les variations de pression atmosphériques. Le dispositif 10 est donc avantageusement adapté pour compenser des déformations du réservoir 5 causées par des variations de pression atmosphériques. L’individu dans lequel est implanté le dispositif 10 peut s’exposer à des variations de pression atmosphérique (par exemple monter ou descendre en altitude) sans risquer de dégradations des tissus entourant son conduit anatomique. De préférence, l’unité 200 est donc configurée pour mettre en œuvre au moins les étapes a) et b) périodiquement, par exemple au moins une fois par heure, de préférence encore, une fois toutes les demi-heures, encore de préférence toutes les 10 minutes.
Mode de réalisation Altitude
L’unité 200 est avantageusement configurée pour estimer une valeur d’altitude. La valeur d’altitude peut être mesurée par l’altimètre 92 de l’élément de commande externe 9 puis communiquée à l’unité 200. Selon un certain mode de réalisation, l’unité 200 est configurée pour enregistrer une valeur d’altitude mesurée par l’altimètre 92 suite à une commande d’un individu via l’élément de commande externe 9. Selon un certain mode de réalisation, l’unité 200 est configurée pour enregistrer une valeur d’altitude mesurée par le l’altimètre 92 à une fréquence prédéterminée.