FR2846047A1 - Procede de recuperation d'energie thermique dans un moteur a combustion interne fonctionnant en trois temps - Google Patents

Abstract

Procédé de récupération d'énergie thermique dans un moteur à combustion interne fonctionnant en trois temps.Le procédé veut pallier, pour les moteurs deux temps, en priorité, leurs problèmes d'évacuation et d'admission de gaz qui doivent se faire en des durées trop courtes. Il fait appel, pour cela, au remplacement du système bielle-manivelle par celui de l'action réciproque, rectiligne et parallèle au mouvement du piston, d'un galet (3) attaquant une came (1). Cette came, par un rayon r, constant ou presque (zone I), donne au piston, au point mort bas, une position fixe pendant une certaine fraction du cycle et, au point mort haut, grâce à un profil plus pointu (zone E), un allumage automatique du mélange combustible.Un fond de cylindre (10) percé de trous (13) et une membrane souple (14) facilitent l'admission des gaz frais. Ce qu'impose encore de lubrification le mouvement du piston dans son cylindre peut être assuré par l'emploi d'une huile végétale incorporée au carburant.Le procédé est destiné, en tout premier lieu, à l'industrie automobile.

Description

- 1 Qu'ils soient Diesel ou Essence, les moteurs à combustion interne

actuellement

utilisés se classent tous en moteurs deux temps ou en moteurs quatre temps.

Il est pourtant possible d'en concevoir un nouveau type, pouvant être considéré

comme un moteur fonctionnant en trois temps. Cela en ajoutant aux deux temps du 5 moteur portant ce nom, un temps d'arrêt au mouvement du piston, d'une durée non négligeable, par exemple, du tiers de celle du cycle complet.

Le défaut essentiel du moteur deux temps, à savoir de grandes ouvertures pratiquées dans la chemise (cylindre) pour que les évacuations de gaz brlés et les

admissions de gaz frais puissent se faire en des temps extrêmement courts, pourrait ainsi 10 être pallié.

L'ajout de ce troisième temps impose de ne plus faire appel au système de la bielle-manivelle pour la transformation du mouvement linéaire du piston en mouvement de rotation d'un arbre (vilebrequin), mais de le remplacer par celui de l'action réciproque d'une came (1) (voir figure 1) et d'un galet (3). La came (1) se trouve 15 alors portée par un arbre droit (2) et le galet (3) tenu par un étrier (4), lui-même lié au

piston par un axe (5) qui se meut de façon rectiligne.

Premier avantage: la composante perpendiculaire au mouvement, résultant de l'inclinaison de la bielle et qui fait frictionner fortement le piston contre son cylindre se

trouve, de ce fait, supprimée avec, comme corollaire, la suppression de graissages 20 importants, de vidanges d'huiles usées, de perte d'énergie, d'ovalisations...

Une composante perpendiculaire au mouvement existe certes également au niveau de l'attaque de la came par le galet, mais elle peut être compensée par un guidage sur glissière de l'étrier, dans une zone non chauffée, facilement lubrifiable (celle d'un carter d'huile) ou par le même guidage fait sur roulement pour annuler toute perte d'énergie. 25 Toujours sur la figure 1, on peut voir un guidage sur glissières (6) de l'étrier, qui peut se faire aussi par l'emploi de coussinets sur des axes etc... La figure 2 représente la variante du système de guidage de l'étrier grâce à 2 roulements (7) montés sur le même axe que celui du galet (3) et installés de part et d'autre de ce dernier. Leur fonctionnement entre quatre rails (8), très légèrement plus écartés que de la dimension de ces roulements, maintiendrait l'étrier sur un parcours rectiligne suffisant. Il est facile de voir que ce procédé ne lierait pas véritablement le galet à la came de l'arbre récepteur et que, pour la période de démarrage, il serait indispensable de lier galet et came de façon élastique. Par exemple, de mettre pour une même came, un second moteur, en opposition au premier, et d'unir leurs étriers avec les ressorts (9) (voir figure 3), puisque la distance séparant les deux galets varie sensiblement pendant la rotation de

la came.

- 2 L'adoption d'une came pour remplacer le système bielle-manivelle n'est sans doute pas nouveau, mais en donnant à cette came les caractéristiques que montre la figure 4 on peut donner à ce procédé plusieurs autres avantages: le rayon r constant, ou pratiquement constant de la zone Lde la came permet au galet, donc finalement au piston, de rester immobile, ou presque, en fin de course de la détente (communément appelé point mort bas P.M.B.). D'o, l'immobilisation (ou troisième temps) recherchée pour augmenter la durée de l'échange des gaz qui pourrait donc se faire par de petites ouvertures ou mieux encore, par de multiples petites ouvertures. Cela aurait pour effet de

ne plus devoir faire tourner le moteur à une explosion par cycle, à de grandes vitesses, 10 pour en obtenir de la puissance et donc d'en diminuer le bruit et l'usure.

On peut voir également sur cette figure 4 que le secteur E de la came, diamétralement opposé au secteur I de rayon constant, donc celui qui engendrera le point

mort haut (P.M.H.), peut avoir une forme plus aiguÙ que le reste du profil de cette came.

Pour quelques degrés de rotation de celle-ci, cela permet de faire passer le rapport 15 volumétrique de compression, d'un taux de compression insuffisant pour obtenir une inflammation spontanée, à celui la provoquant automatiquement. A titre d 'exemple, les essais ont montré qu'un carburant composé de 1/3 essence, 1/3 gasoil, 1/3 huile de colza ne s'enflammait jamais à - 50 de rotation du P.M.H.(rapport volumétrique 1/12) et l'avait fait spontanément avant cette limite de P.M.H. (rapport volumétrique 1/15). L'emploi d'une 20 came au profil donné à la figure 4 permet donc également de supprimer l'allumage par

bougies ou injection imposé aux moteurs deux ou quatre temps.

Toujours pour les avantages de ce procédé, l'absence de bielle rend possible la présence d'un double fond de cylindre (10) et (11) (figure 5) que l'axe (5) unissant piston à étrier pourra traverser, grâce à un coussinet (12). L'admission des gaz frais, élaborés, 25 supposons-le, par un carburateur, pourra se faire sous le piston, par de multiples petits trous (13) percés dans le fond (10). A la montée du piston, sous celui-ci, la dépression qui se crée écartera une membrane souple (14) (en élastomère, par exemple) qui laissera

passer ces nouveaux gaz frais mais qui se refermera à sa redescente.

Cette admission de gaz frais pourra donc se faire dans un moteur plus lent, pendant toute la durée de la montée du piston et sous une dépression plus forte puisque limitée au seul volume brassé par le piston et non à ce même volume augmenté de celui

du carter du pied de bielle.

Le moteur trois temps devrait donc avoir l'avantage de la détente par cycle du

moteur deux temps, ainsi que sa grande simplicité, avec le rendement par détente du 35 moteur quatre temps.

Il faut noter qu'une came devrait donc servir en principe pour deux moteurs - 3 élémentaires, montés en opposition. Claveter sur un même arbre trois cames permettrait de faire le moteur six cylindres qui se caractérise par le fait que les quantités de mouvement des parties mobiles de chacun des trois groupes tentent de s'annuler entre elles. Ce serait donc celui pour lequel le problème de l'équilibrage dynamique se résoudrait le plus facilement. Positions (15) des cames (figure 6). Ainsi qu'il a été dit, les essais ont été réalisés avec un carburant o se trouvait incorporée de l'huile de colza. Même si le piston n'est plus appliqué fortement sur le cylindre, un reste de lubrification s'impose malgré tout, et l'huile de colza, déjà employée de nos jours comme carburant, pourrait, en quantité suffisante, assurer cet autre rôle 10 (comme bien d'autres huiles végétales sans doute, une lubrification performante ne

s'imposant plus en l'occurrence).

La figure 7 montre, en coupe, l'ensemble de deux moteurs élémentaires installés en opposition, leurs pistons en fin de course, avec les différents passages de gaz (16), (17), (18). Le dessin montre clairement que l'ensemble ne comporte pas de problèmes de 15 réalisation qui n'aient déjà été résolus, puisque carter, cylindre, piston, arbre à came, sont du domaine courant du cyclomoteur et de l'automobile, auquel ce procédé de moteur

trois temps se destine essentiellement.

Les dessins ne font pas figurer des organes annexes tels que les masses d'équilibrage, qui n'apporteraient rien au nouveau procédé, et les surchargeraient inutilement. Les expressions P.M.B. et P.M.H. suffisamment explicites ont été conservées

alors que les translations des pièces mobiles se feraient sans doute horizontalement.

-4

Claims (4)

REVENDICATIONS

1) Procédé de récupération d'énergie thermique dans un moteur à combustion interne, caractérisé par l'emploi d'une came (1), chargée de recevoir la poussée du piston par l'intermédiaire d'un galet (3) et présentant dans son secteur 1, déterminant le point mort bas, un rayon constant ou presque constant r. Cela afin de stabiliser, pendant une certaine fraction du cycle, la position de ce piston, pour augmenter la durée des échanges de gaz.

2) Procédé selon la revendication n01 caractérisé par le fait que cette came a dans son secteur E (diamétralement opposé au secteur 1), une forme plus aiguÙ que le reste de son profil, pouvant provoquer automatiquement l'inflammation du mélange

1 0 gazeux.

3) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé

par le fait que l'axe (5), chargé de transmettre la poussée du piston au galet (3), traverse

un fond de cylindre (10), percé de trous (13) pour l'admission des gaz frais dans la course du point mort bas vers le point mort haut et qu'une membrane souple (14) referme lors de 15 la course inverse.

4) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé,

pour la lubrification des pistons et de leurs segments, par la présence, dans le carburant,

d'une huile végétale pouvant être l'un des constituants de ce dernier.