EP1078153A1 - Chambre de combustion pour moteur a combustion interne - Google Patents

Chambre de combustion pour moteur a combustion interne

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EP1078153A1
EP1078153A1 EP99919322A EP99919322A EP1078153A1 EP 1078153 A1 EP1078153 A1 EP 1078153A1 EP 99919322 A EP99919322 A EP 99919322A EP 99919322 A EP99919322 A EP 99919322A EP 1078153 A1 EP1078153 A1 EP 1078153A1
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EP
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combustion chamber
braid
combustion
deformable pocket
deformable
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EP99919322A
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Antoine Chassaing
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ETE INTERNATIONAL
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    • F02B61/00—Adaptations of engines for driving vehicles or for driving propellers; Combinations of engines with gearing
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the combustion chamber of the invention comprises an assembly constituted by a deformable pocket enveloped by a tubular braid which is also deformable and fed by a combustion mixture.
  • This chamber can thus operate according to the thermodynamic principles of the internal combustion engine.
  • the tubular braid is advantageously composed of intertwined threads or fibers forming similar pantographs and resulting from a braiding, knitting, knitting or similar technique.
  • the threads from which the tubular braid is formed are advantageously synthetic threads, in particular made of aramid.
  • the tubular braid is connected to a fixed end piece and to a mobile end piece, said mobile end piece being suitable for being attached by mechanical means, in particular to a crankshaft.
  • the assembly constituted by the deformable pocket, the braid and the ends is the equivalent, for a conventional internal combustion engine, of the assembly constituted by the cylinder head, the jacket, the piston and the connecting rod.
  • the other main engine components, in particular the crankshaft and the carburetion device are not specific to the invention and will therefore not be detailed.
  • FIG. 1 shows a combustion chamber 9 comprising a deformable pocket 3 produced from a flexible tube made of silicone elastomer, which acts as an air chamber, while resisting high temperatures.
  • This deformable pocket is wrapped in a deformable braid 4 of chemical textile fibers, in particular of the aramid type.
  • This pocket is terminated at its two ends respectively by a fixed tip 1 and a movable tip 2 linked to the braid.
  • the movable end piece 2 is suitable for being attached to mechanical means, in the example a crankshaft 10 (shown diagrammatically).
  • an intake valve 6 to allow the introduction into the deformable pocket 3 of a combustion mixture (air and fuel) capable of being ignited by a spark triggered by a spark plug 7 housed in the deformable pocket 3 and carried by the fixed tip 1. 5
  • the combustion chamber comprises a single intake and exhaust valve 6, but it could be two separate valves as in the case of FIG. 1.
  • the next phase or expansion phase ( Figure 5) constitutes the third stage of the engine.
  • the valve is closed and the burnt gases expand in the combustion chamber. It follows that the volume of the deformable pocket increases and that the pressure of the burnt gases at high temperature generates a large tensile force on the crankshaft 10 via the movable end piece 2 and the braid 4. This is thus passed from top dead center to bottom dead center.
  • the deformable pocket can be completely waterproof, thus eliminating any dynamic sealing.
  • the deformable pocket being made of flexible materials, the "sounding board" effect of conventional motors is greatly reduced.
  • FIG. 7 shows a wheel 12 integrating a plurality of combustion chambers 9 according to the invention, in the example eleven in number, in a radial star arrangement.
  • the wheel 12 has a hollow rim 13 to which is attached one of the ends of each of the deformable pockets, on the intake-ignition side.
  • the other end of each of the deformable pockets is connected to an eccentric rotor 14 rotating at the same speed as the wheel (whose direction of rotation is indicated by the arrow R) but along an offset axis and to which the other end is attached of each deformable pocket, on the exhaust side.

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Abstract

L'invention concerne une chambre de combustion pour moteur à combustion interne, laquelle comprend une poche déformable (3) souple et étanche propre à être alimentée par un mélange de combustion, ainsi qu'une gaine ou tresse tubulaire (4) enveloppant la poche déformable et propre à être rattachée à un moyen mécanique (10), par exemple un vilebrequin, récupérant les efforts de déformation de la tresse en résultat de la combustion du mélange. La tresse (4) présente des caractéristiques géométriques telles qu'un gonflement de la poche déformable provoque une augmentation du diamètre de la tresse et une diminution de sa longueur, et inversement. Cette chambre de combustion remplace avantageusement l'ensemble chemise, piston, culasse et bielle des moteurs thermiques classiques et elle peut être utilisée notamment pour assurer la propulsion de véhicules terrestres.

Description

Chambre de combustion pour moteur à combustion interne
L'invention concerne une chambre de combustion pour moteur à combustion interne, en particulier pour la propulsion de véhicules terrestres.
Actuellement, les moteurs à combustion interne classiques disposent d'au moins une chambre de combustion constituée et délimitée par une chemise, une culasse et un piston. La variation de volume de ladite chambre est obtenue grâce au coulissement du piston dans la chemise, ce qui suppose une étanchéité dynamique. En outre, lors du fonctionnement du moteur, les pressions régnant dans la chambre de combustion tendent principalement à exercer un effort de compression sur le piston, donc sur la bielle, qui est elle-même liée au vilebrequin. Ceci nécessite par conséquent une grande rigidité mécanique de la bielle.
Par ailleurs, on connaît différents types d'actionneurs . Il existe notamment un actionneur pneumatique appelé "muscle de Me Kibben" qui permet de générer un effort de traction à partir d'un gaz sous pression susceptible d'être introduit dans une poche deformable. Toutefois, un tel actionneur s'apparente à un vérin pneumatique et ne peut être utilisé comme un moteur.
L'invention vise essentiellement à procurer une chambre de combustion, d'un type nouveau, propre à être utilisée notamment dans un moteur à combustion interne en supprimant le (ou les) ensemble(s) chemise, piston, culasse et bielle des moteurs thermiques classiques.
La chambre de combustion de l'invention comprend essentiellement une poche deformable, souple et étanche, propre à être alimentée par un mélange de combustion, ainsi qu'une tresse tubulaire enveloppant la poche deformable et propre à être rattachée à un moyen mécanique récupérant les efforts de 2 déformation de la tresse en résultat de la combustion du mélange.
Ainsi, la chambre de combustion de l'invention comprend un ensemble constitué par une poche deformable enveloppée par une tresse tubulaire qui est également deformable et alimentée par un mélange de combustion. Cette chambre peut ainsi fonctionner suivant les principes thermodynamiques du moteur à combustion interne.
La poche deformable a de préférence la forme d'une chambre tubulaire d'axe rectiligne.
La poche deformable est avantageusement réalisée dans une matière élastomère résistant aux hautes températures, en particulier en un élastomère aux silicones.
La tresse tubulaire, que l'on peut encore appeler gaine tubulaire, a de préférence la forme d'un tube de diamètre et de longueur variables, obtenu par un réseau de fils agencés de telle sorte qu'un gonflement de la poche deformable provoque une augmentation du diamètre de la tresse et une diminution de sa longueur, et qu'inversement un dégonflement de la poche deformable provoque une diminution du diamètre de la tresse et une augmentation de sa longueur.
La tresse tubulaire est avantageusement composée de fils ou fibres entrecroisés formant des pantographes semblables et résultant d'une technique de tressage, maillage, tricotage ou analogue. Les fils dont est formée la tresse tubulaire sont avantageusement des fils synthétiques, en particulier en aramide .
Selon une autre caractéristique de l'invention, la tresse tubulaire est raccordée à un embout fixe et à un embout mobile, ledit embout mobile étant propre à être rattaché au moyen mécanique, en particulier à un vilebrequin. 3
Selon une autre caractéristique de l'invention, la poche deformable est munie d'une soupape d'admission et d'une soupape d'échappement et elle loge un dispositif d'allumage propre à provoquer la combustion du mélange. Ces deux soupapes peuvent être distinctes ou confondues.
On comprendra que l'ensemble constitué par la poche deformable, la tresse et les embouts est l'équivalent, pour un moteur à combustion interne classique, de l'ensemble consti- tué par la culasse, la chemise, le piston et la bielle. Les autres principaux organes du moteur, notamment le vilebrequin et le dispositif de carburation ne sont pas spécifiques à l'invention et ne seront donc pas détaillés.
La soupape d'admission, la soupape d'échappement et l'éventuel dispositif d'allumage sont avantageusement logés dans les embouts rattachés à la tresse.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la chambre de combustion loge un noyau, ce qui permet de diminuer le volume mort non balayé par le déplacement normal de la poche deformable. On désigne ici par noyau une ou plusieurs pièces mécaniques, en général de forme cylindrique, étanches aux gaz, qui se situent dans la chambre de combustion délimitée par la poche deformable. Ce noyau peut être constitué d'une protubérance d'un ou des deux embouts, mais il peut aussi être lié élastiquement ou télescopiquement aux deux embouts à la fois, ou de toute autre manière.
Un tel noyau est directement exposé à la flamme résultant de la combustion. En occupant au moins une partie du volume mort de la chambre deformable, il permet d'augmenter sensiblement le rapport volumétrique de la chambre de combustion.
L'invention porte aussi sur un moteur à combustion interne comprenant au moins une chambre de combustion telle que définie précédemment. 4
Elle porte également sur une roue de véhicule terrestre intégrant une pluralité de chambres de combustion telles que définies précédemment, disposées suivant un montage spécifique, notamment un montage radial en étoile. Ainsi, plusieurs chambres de combustion selon l'invention peuvent être intégrées dans au moins une roue d'un véhicule terrestre, et diminuer 1 ' encombrement du moteur .
Dans la description détaillée qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'une chambre de combustion selon l'invention ;
- les figures 2 à 6 illustrent différentes phases successives de fonctionnement d'une chambre de combustion selon l'invention ; et
- la figure 7 est une vue en plan d'une roue de véhicule terrestre incorporant une pluralité de chambres de combustion selon l'invention, dans un montage radial en étoile.
On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui montre une chambre de combustion 9 comprenant une poche deformable 3 réalisée à partir d'un tube souple en élastomère de silicone, qui joue le rôle de chambre à air, tout en résistant aux hautes températures. Cette poche deformable est enveloppée dans une tresse deformable 4 en fibres textiles chimiques, en particulier du type aramide. Cette poche est terminée à ses deux extrémités respectivement par un embout fixe 1 et un embout mobile 2 liés à la tresse. L'embout mobile 2 est propre à être rattaché à un moyen mécanique, dans l'exemple un vilebrequin 10 (représenté schématiquement ) .
Dans l'embout fixe 1 est logée une soupape d'admission 6 pour permettre d'introduire dans la poche deformable 3 un mélange de combustion (air et carburant) propre à être enflammé par une étincelle déclenchée par une bougie d'allumage 7 logée dans la poche deformable 3 et portée par l'embout fixe 1. 5
La tresse tubulaire 4 est un tube de diamètre et de longueur variables obtenu par un réseau de fils ou de fibres entrecroisés de manière à former des pantographes semblables. Un tel réseau est obtenu avantageusement par une technique de tressage, maillage, tricotage ou analogue. Il permet de réaliser une poche deformable douée de propriétés géométriques particulières, à savoir qu'un gonflement de la poche deformable (provoqué par admission d'un mélange de combustion) provoque une augmentation du diamètre de la tresse et une diminution de sa longueur. Inversement, un dégonflement de la poche deformable provoque une diminution du diamètre de la tresse et une augmentation de sa longueur. Le vilebrequin 10 est ainsi entraîné en rotation par les déformations de la tresse, c'est à dire par les variations de sa longueur axiale.
La poche deformable 3 loge avantageusement un noyau 5 (représenté schématiquement sur la figure 1) permettant de diminuer le volume mort non balayé par le déplacement normal de la poche deformable.
On décrira maintenant, en référence aux figures 2 à 6, le fonctionnement de cette chambre de combustion dans le cas d'un fonctionnement avec un cycle à quatre temps, le mélange de combustion étant composé d'air et de GPL (gaz de pétrole liquéfié). Le GPL est un mélange de butane et de propane dont la combustion est très peu polluante.
Dans la forme de réalisation des figures 2 à 6, la chambre de combustion comprend une seule soupape 6 d'admission et d'échappement, mais il pourrait s'agir de deux soupapes distinctes comme dans le cas de la figure 1.
Sur les figures 2 à 6, l'embout fixe 1 est articulé sur un support 11, tandis que l'embout mobile 2 est articulé sur un vilebrequin 10. On a indiqué par les références PMB et PMH respectivement le point mort bas et le point mort haut de la chambre de combustion. 6
La phase d'admission (figure 2) constitue le premier temps du moteur. La soupape d'admission 6 est ouverte et la poche deformable 3 augmente de volume, laissant pénétrer les gaz frais (air), comme désigné par la flèche A, et le carburant (GPL), comme désigné par la flèche G. Pour que les gaz frais pénètrent dans la poche deformable 3, il peut être nécessaire de les envoyer sous pression ou bien de placer la poche deformable ainsi que la tresse dans une enceinte sous basse pression. Pendant cette phase, on passe du point mort haut au point mort bas et la chambre aspire le mélange air-GPL.
Dans la phase de compression (figure 3), qui constitue le deuxième temps du moteur, on passe du point mort bas au point mort haut. Le volume de la poche deformable 3 diminue, les soupapes 6 et 8 étant fermées, si bien que la pression augmente. La chambre comprime ainsi le mélange air-GPL. Lorsque le volume de la poche deformable est proche de son minimum (figure 4), l'étincelle de la bougie d'allumage 7 déclenche la combustion du mélange air-GPL. Les gaz contenus dans la chambre sont portés à haute température et la chambre exerce une traction extrêmement vigoureuse.
La phase suivante ou phase de détente (figure 5) constitue le troisième temps du moteur. La soupape est fermée et les gaz brûlés se détendent dans la chambre de combustion. Il en résulte que le volume de la poche deformable augmente et que la pression des gaz brûlés à haute température génère un important effort de traction sur le vilebrequin 10 par l'intermédiaire de l'embout mobile 2 et de la tresse 4. On passe ainsi du point mort haut au point mort bas.
La phase suivante ou phase d'échappement (figure 6) constitue le quatrième temps du moteur. La soupape s'ouvre, tandis que le volume de la poche deformable diminue expulsant les gaz brûlés (flèche B) . On passe ainsi du point mort bas au point mort haut.
On constitue ainsi un moteur fonctionnement suivant un cycle à quatre temps. Toutefois, il est possible de prévoir 7 d'autres variantes et notamment d'ajouter des "temps morts", dans lesquels on réalise des tours de moteur sans admission de carburant, ni combustion. Ceci permet d'améliorer le balayage et le refroidissement, grâce à des moyens de commande des soupapes, non liés au vilebrequin.
Il est également possible d'envisager un dispositif de balayage des gaz brûlés fonctionnant simultanément à l'introduction des gaz frais, pour réaliser un moteur à deux temps.
On comprendra que la chambre de combustion de l'invention offre différents avantages par rapport aux chambres de combustion classiques.
La poche deformable peut être totalement étanche, supprimant ainsi toute étanchéité dynamique.
Les parties constitutives d'une telle chambre peuvent être réalisées en matériaux légers tels que des polymères, ce qui permet d'obtenir un rapport poids/cylindrée très faible.
Tout l'effort est transmis au vilebrequin par la tresse, laquelle ne travaille qu'en traction, ce qui supprime les problèmes de rigidité des bielles, qui travaillent en compression.
La chambre de combustion peut être réalisée sans usinage et presque sans métaux par des procédés de fabrication en grande série comme l'injection ou l'extrusion, d'où une production particulièrement économique.
La poche deformable étant réalisée en matériaux souples, l'effet "caisse de résonance" des moteurs classiques est fortement réduit.
Lors de la combustion et de la détente, les gaz chauds ne sont en contact quasiment qu'avec la poche deformable en matériaux souples. Or ces matériaux, notamment les élastomè- res, ont une faible conductivité thermique comparée à celle 8 des métaux. Ceci permet, d'un point de vue thermodynamique, une détente plus "adiabatique" , donc un meilleur rendement du moteur.
On se réfère maintenant à la figure 7 qui montre une roue 12 intégrant une pluralité de chambres de combustion 9 selon l'invention, dans l'exemple au nombre de onze, suivant un montage radial en étoile. La roue 12 possède une jante creuse 13 à laquelle est rattachée une des extrémités de chacune des poches déformables, du côté admission-allumage. L'autre extrémité de chacune des poches déformables est reliée à un rotor excentré 14 tournant à la même vitesse que la roue (dont le sens de rotation est indiqué par la flèche R) mais suivant un axe décalé et auquel est rattachée l'autre extrémité de chaque poche deformable, du côté échappement.
Les phases des chambres de combustion sont décalées successivement. Sur la figure 7 on désigne par Pi la phase de compression, par P2 la phase de combustion, par P3 la phase de détente et par P4 la phase de balayage.
On constitue ainsi une pluralité de moteurs thermiques indissociables de la roue. Les poches déformables tournent avec elle autour d'un vilebrequin fixe qui sert de moyeu et qui est lié au châssis du véhicule.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemple et s'étend à d'autres variantes.

Claims

Revendications
1. Chambre de combustion pour moteur à combustion interne, caractérisée en ce qu'elle comprend une poche deformable (3) souple et étanche propre à être alimentée par un mélange de combustion, ainsi qu'une tresse tubulaire (4) enveloppant la poche deformable et propre à être rattachée à un moyen mécanique (10) récupérant les efforts de déformation de la tresse en résultat de la combustion du mélange.
2. Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que la poche deformable (3) a la forme d'une chambre tubulaire d'axe rectiligne.
3. Chambre de combustion selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la poche deformable (3) est réalisée dans une matière élastomère résistant aux hautes températures, en particulier en un élastomère aux silicones.
4. Chambre de combustion selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la tresse tubulaire (4) a la forme d'un tube de diamètre et de longueur variables obtenu par un réseau de fils agencés de telle sorte qu'un gonflement de la poche deformable provoque une augmentation du diamètre de la tresse et une diminution de sa longueur et qu'inversement un dégonflement de la poche deformable provoque une diminution du diamètre de la tresse et une augmentation de sa longueur.
5. Chambre de combustion selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la tresse tubulaire (4) est composée de fils entrecroisés formant des pantographes semblables et résultant d'une technique de tressage, ailla- ge, tricotage ou analogue.
6. Chambre de combustion selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la tresse tubulaire (4) est raccordée à un embout fixe (1) et à un embout mobile (2), 10 ledit embout mobile étant propre à être rattaché au moyen mécanique ( 10) .
7. Chambre de combustion selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la poche deformable (3) est munie d'une soupape d'admission (6) et d'une soupape d'échappement (8) et loge un dispositif d'allumage (7) propre à provoquer la combustion du mélange.
8. Chambre de combustion selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle loge un noyau (5).
9. Moteur à combustion interne comprenant au moins une chambre de combustion (9) selon l'une des revendications 1 à 8.
10. Roue de véhicule terrestre intégrant une pluralité de chambre de combustion (9) selon l'une des revendications 1 à
8, disposées suivant un montage radial.
EP99919322A 1998-05-13 1999-05-12 Chambre de combustion pour moteur a combustion interne Withdrawn EP1078153A1 (fr)

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