CA2669322A1

CA2669322A1 - Moteur thermique a recuperation d'energie equipe d'un piston multifonction double effet

Info

Publication number: CA2669322A1
Application number: CA002669322A
Authority: CA
Inventors: Pauline Blain; Christelle Blain; Alexis Blain; Jean-Yves Blain; Francois Pisant
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2009-11-15
Anticipated expiration: 2028-05-15
Also published as: CA2669322C; FR2931208A1; FR2931208B1

Abstract

Moteur thermique à récupération d'énergie thermique, équipé d'un piston multifonctions double effet, afin d'obtenir deux forces de travail par tour sur une seule bielle. L'invention concerne un moteur thermique doté d'un piston double effet, destiné à faire travailler la bielle (113) à la compression sous l'effet d'une explosion dans la chambre de travail supérieur (173) et à l'extension sous l'effet d'une force résultant d'une restitution d'énergie dans la chambre de travail inférieur (157), ces deux forces agissent sur chaque bielle et par tour. L'air comprimé dans la chambre de compres sion (156) est surchauffé lors de son passage dans l'échangeur de chaleur (105) avant d'agir sur le piston de compression récupération (109) qui est destiné à transformer l'énergie thermique en énergie mécanique par effet thermodynamique. Le moteur selon l'invention est destiné aux mêmes utilisations que les moteurs thermiques actuels.

Claims

1) Moteur thermique associé à un système intégré de transformation de la chaleur émise par le moteur thermique, par ce procédé la chaleur habituellement inutilisée est transformée en énergie mécanique pour augmenter le rendement du moteur thermique, système de transformation caractérisé
en ce que le dit système soit constitué d'un piston annulaire double effet (109 figure 1) solidaire du piston de travail (111 figure 1), que le piston annulaire double effet (109 figure 1) utilise l'une de ces faces pour comprimer de l'air, que l'air ainsi comprimé soit dirigé
vers les pièces chaudes de la partie moteur thermique (106 figure 1 ; 152 figure 2 ; 170 figure 3) pour ensuite être canalisé vers la chambre de restitution de travail (157 figure 2), pour qu'au moment de l'ouverture de la soupape (158 figure 2), l'air comprimé dilaté sous l'effet de la surchauffe vienne pousser sur l'autre face du piston annulaire double effet (109 figure 1), la différence d'énergie mécanique entre l'opération de compression de l'air comprimé et l'opération de détente de l'air comprimé
surchauffé, permet de contribuer à l'effort de compression du moteur thermique produite dans la chambre de travail du moteur thermique (173 figure 3), l'énergie mécanique non absorbée par le travail de compression du moteur thermique est communiqué à la bielle (113 figure 1) pour contribuer à
la puissance du moteur thermique, le système peut être multiple dans un but d'équilibrage ou de multiplication de la puissance.

2) Moteur thermique selon revendication 1, caractérisé en ce que la culasse (180 figure 3) du moteur thermique soit équipée d'une soupape d'échappement (123 figure 1) contrainte à l'ouverture par effet d'entraînement dans la fin de course basse du piston de travail (111 figure 1), le contact entre la soupape et le fond du piston peut être amorti par un ressort de contact, le dit piston de travail peut être équipé d'une soupape d'admission (124 figure 1) entraînée elle-même par le piston de travail (111 figure 1), la priorité à l'ouverture entre la soupape d'échappement (123 figure 1) et la soupape d'admission (124 figure 1) est conditionnée par la différence de résistance à la compression entre les ressorts (121 figure 1) et (125 figure 1), la soupape d'échappement (123 figure 1) peut être équipée d'un conduit (140 figure 2) destiné à son refroidissement.

3) Moteur thermique selon revendication 1 caractérisé en ce que la culasse du moteur à air chaud (159 figure 2) soit équipée d'une ou plusieurs soupape d'admission (158 figure 2) et soupape d'échappement (146 figure 2), que la ou les dite soupape soit contrainte à l'ouverture par une ou plusieurs came (191 figure 3) solidaire du vilebrequin (192 figure 3), que la ou les dite soupape soit ou non équipée d'un piston de compensation de pression.

4) Moteur thermique selon revendication 1 caractérisé en ce que les gaz d'admission sous pression atmosphérique ou sous pression résultant de l'utilisation d'un turbo-compresseur ou d'une turbine, soient envoyés vers la chambre de compression (156 figure 2), en passant au travers d'un ou plusieurs clapet anti-retour d'admission (108 figure 1), pour ensuite sous forme comprimée, qu'ils s'échappent par un ou plusieurs clapet anti-retour de sortie (128 figure 1), l'air comprimé est ensuite envoyé vers l'échangeur de chaleur (105 figure 1) situé d'une part sur la sortie d'échappement du moteur thermique (104 figure 1) et d'autre part sur le pourtour du moteur thermique, l'air comprimé
surchauffée est pulsée dans la conduite (150 figure 2) et admis par le passage libéré par la levée de la soupape d'admission (158 figure 2) du moteur à air chaud, la dite soupape d'admission est ouverte au moment de la remontée du dit piston de compression/récupération (109 figure 1), le dit piston ayant préalablement lors de sa fin de course de descente, comprimé un volume d'air emprisonner, la soupape d'échappement (146 figure 2) et la soupape d'admission (158 figure 2) étant fermées, ceci afin d'obtenir un effet ressort amortisseur de fin de course, se qui permet lors du début de la remontée du dit piston d'avoir une pression équivalente des deux côtés de la soupape d'admission (158 figure 2), dans le but de récupérer la quasi totalité de la puissance délivrée par le sur-chauffage de l'air comprimée au moment du début de la remontée du piston de compression/récupération (109 figure 1).

5) Moteur thermique selon revendication 1, caractérisé en ce que l'intérieur du piston de travail (111 figure 1) soit ventilé par la circulation d'air résultant de l'échappement du moteur a air chaud (174 figure 3), et que cet air soit ensuite utilisé pour le gavage de la chambre de travail du moteur thermique (173 figure 3), au moment de l'ouverture de la soupape d'admission (124 figure 1) et de la soupape d'échappement (123 figure 1), les gaz d'échappement sont évacués sous la poussée de l'air d'admission vers la sortie d'échappement du moteur thermique (104 figure 1).

6) Moteur thermique selon revendication 4, caractérisé en ce que les gaz d'échappement du moteur thermique évacués de l'échangeur de chaleur (105 figure 1) ou l'air d'échappement évacué des sorties d'échappement (505 figure 6) (150 figure 2), soient canalisés au travers d'un ou plusieurs échangeur de chaleur (506 figure 6) (507 figure 6) (411 figure 3) (506 figure 3).

7) Moteur thermique selon revendication 1 caractérisé en ce que le film de graissage nécessaire au glissement des segments peut être diffusé par une ou plusieurs bagues poreuses, que la ou les dite bague soit approvisionnée en liquide de lubrification provenant du circuit de lubrification du dit moteur, ou que la ou les dite bague poreuse soie alimentée par un doseur de liquide de lubrification spécifique à cette fonction.

8) Moteur thermique selon revendication 1 caractérisé en ce que l'étanchéité par segmentation peut être assurée par deux segments (310 figure 4) superposés en contact avec un troisième segment (303 figure 4), que ces trois segments se logent dans une gorge ou appuient sur un épaulement et soient maintenus par un anneau élastique (302 figure 4) ou une bague (304 figure 4), les dit segments peuvent êtres équipés d'un système à ressort à titre d'exemple (307 figure 4), les montages peuvent être superposés, afin d'obtenir un espace annulaire (311 figure 4) en communication avec un circuit de lubrification spécifique, ou commun avec le circuit de lubrification du moteur, relié par un canal (305 figure 4) situé sur l'extrême partie basse de l'espace nécessaire entre le jeu de segments du bas et l'intérieur de la gorge, ou de l'épaulement contenant les dits segments, la dite lubrification assurant aussi une fonction de refroidissement.

9) Moteur thermique selon revendication 1 caractérisé en ce que la chambre de restitution de travail (157 figure 2) comporte une sortie d'échappement (505 figure 6) vers l'extérieur ou vers une turbine et que la dite chambre soit en plus d'être soumise à la contrainte de pression du système de transformation de la chaleur en énergie mécanique, être soumise à une légère combustion d'assistance alimentée par un carburant ayant les même propriétés ou des propriétés différentes du carburant alimentant la chambre de travail du moteur thermique (173 figure 3), que cette alimentation en carburant le soit de façon permanente ou momentanée, ou que seulement l'une des deux dites chambres soit alimentée en carburant, le carburant injecté dans la chambre de restitution de travail (157 figure 2) se consumant au fur et a mesure de son injection du fait de la température élevée existante dans la dite chambre ou par un procédé d'élévation ponctuel et sectoriel de la température.

10) Moteur thermique selon revendication 1 caractérisé
en ce que les balourds engendrés par les mouvements des pièces mobiles (109, 111, 113 figure 1), peuvent être atténués par deux masses équivalentes intégrées ou non à des pièces existantes, tournant sur le même axe et ayant un sens de rotation opposé l'un à l'autre et dont les effets convergents s'opposent aux balourds des dites pièces mobiles.

11) Moteur thermique selon revendication 1 caractérisé

en ce que le dit moteur thermique soit équipé d'une ou plusieurs soupape d'admission et d'une ou plusieurs soupape d'échappement, contraintes à l'ouverture par des systèmes autres que la butée mécanique conditionné par la fin de course de descente du piston de travail (111 figure 1),ces systèmes peuvent êtres de type hydrostatique, à air ou gaz comprimé, ou sous l'effet de l'action d'électro-aimant, ces systèmes sont soumis ou non à un mécanisme d'avance, ou de retard à l'ouverture ou fermeture des dites soupapes par un procédé géré par le résultat d'une lecture de type mécanique, hydraulique ou électronique de la vitesse de rotation.

12) Moteur thermique selon revendication 1 caractérisé
en ce que l'air comprimé soit dévié par le moyen d'un système de vannes (401, 405, 409 figure 5), pour que cette énergie soit stocker dans un ou plusieurs réservoirs (402, 406, 410 figure 5) alimentés séparément ou simultanément, un premier réservoir (402 figure 5) peut être de petite contenance pour stocker l'énergie de courte restitution, le remplissage du premier réservoir (402 figure 5) peut déclencher le remplissage du second réservoir (406 figure 5) destinée à une deuxième restitution, le remplissage du second réservoir peut déclencher le remplissage du troisième réservoir (410 figure 5) destiné à une troisième restitution, et ceci sans limitation de possibilité, la (ou les) restitution d'énergie est obtenu par l'ouverture de la ou des vanne d'isolation de chaque réservoir, la ou les vanne (401 405 409 figure 5) peut être gérée manuellement ou commandée par gestion automatique suivant les besoins.

13) Moteur thermique selon revendication 4 caractérisé

en ce que l'échangeur de chaleur (105 figure 1) intégré au dit moteur thermique, restitue par le contact des gaz d'échappement avec la cloison (106 figure 1) séparant les gaz d'échappement et l'air comprimé, la majeur partie de l'énergie thermique générée par les gaz d'échappement du dit moteur thermique, cette chaleur est transmise vers l'air comprimé sortie au travers du clapet anti-retour de sortie du compresseur (128 figure 1), l'air comprimé étant au préalable canalisé et préchauffé dans l'espace disponible situé entre les ailettes de refroidissement du moteur thermique et l'enveloppe la plus proche constituant le dit échangeur de chaleur (105 figure 1), les cloisons internes du dit échangeur (105 figure 1), qui n'on pas pour mission d'échanger la chaleur sont totalement ou partiellement pourvues d'absorbeurs d'ondes acoustiques, afin d'ajouter à
l'échangeur de chaleur (105 figure 1) une fonction d'absorbeur de son.

14) Moteur thermique selon revendication 4, caractérisé
en ce que les gaz d'échappement du moteur thermique évacués de l'échangeur de chaleur (105 figure 1) et l'air d'échappement évacué des sorties d'échappement (505 figure 6) se cumulent pour fournir de l'énergie cinétique à une double turbine (503 figure 6), cette double turbine restitue l'énergie cinétique des dit gaz d'échappement à l'air d'admission (502 figure 6), cet air d'admission est comprimé
dans la canalisation (501 figure 6) pour ensuite gaver la chambre de travail du moteur thermique (173 figure 3) en expulsant les dit gaz d'échappement vers l'extérieur de la dite chambre de travail.