OA11110A - Procédé et dispositif de réaccélération d'un véhicule équipé de compresseurs d'air à haute pression - Google Patents

Procédé et dispositif de réaccélération d'un véhicule équipé de compresseurs d'air à haute pression Download PDF

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OA11110A OA9900077A OA9900077A OA11110A OA 11110 A OA11110 A OA 11110A OA 9900077 A OA9900077 A OA 9900077A OA 9900077 A OA9900077 A OA 9900077A OA 11110 A OA11110 A OA 11110A
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Description

1 011110
PROCEDE ET DISPOSITIF DE REACCELERATION D’UN VEHICULE EQUIPE DE COMPRESSEURS D’AIR A HAUTEPRESSION
I 5 L’invention concerne les véhicules terrestres et plus particulièrement ceux équipés avec des moteurs dépollués ou déplollants à chambre de combustion indépendante. L’auteur a décrit dans sa demande de brevet publié WO 96/27737 un procédé dedépollution de moteur à chambre de combustion externe indépendante, fonctionnant suivant unprincipe bi-mode à deux types d’énergie, utilisant soit un carburant conventionnel de type essence 10 ou gasoil sur route (fonctionnement mono-mode à air-carburant), soit, à basse vitesse, notammenten zone urbaine et suburbaine, une addition d’air comprimé (ou tout autre gaz non polluant) àl’exclusion de tout autre carburant, (fonctionnement mono-mode à air, c’est à dire avec additiond’air comprimé). Dans sa demande de brevet 9607714, l’auteur a décrit l’installation de ce type demoteur en fonctionnement mono-mode, avec addition d’air comprimé, sur les véhiculés de service, 15 par exemple des autobus urbains.
Dans ce type de moteur, en mode air-carburant, le mélange air carburant est aspiré etcomprimé dans une chambre d’aspiration et de compression indépendante. Puis ce mélange esttransféré, toujours en pression dans une chambre de combustion indépendante et à volume constantpour y être enflammé afin d’augmenter la température et la pression dudit mélange. Après 20 l’ouverture d’un transfert reliant ladite chambre de combustion ou d’expansion à une chambre dedétente et d’échappement, ce mélange sera détendu dans cette dernière pour y produire un travail.Les gaz détendus sont ensuite évacués à l’atmosphère à travers un conduit d’échappement.
En fonctionnement à air, à faible puissance, l’injecteur de carburant n’est pluscommandé ; dans ce cas, l’on introduit dans la chambre de combustion, sensiblement après 25 l’admission dans cette dernière de l’air comprimé -sans carburant- provenant de la chambred’aspiration et de compression, une petite quantité d’air comprimé additionnel provenant d’unréservoir externe où l’air est stocké sous haute pression, par exemple 200 bars, et à la températureambiante. Cette petite quantité d’air comprimé à température ambiante va s’échauffer au contact dela masse d’air à haute température contenue dans la chambre de combustion ou d’expansion, va se 30 dilater et augmenter la pression régnant dans la chambre pour permettre de délivrer lors de ladétente un travail moteur.
Ce type de moteur bi-modes ou bi-énergies (air et essence ou air et air compriméadditionnel) peut également être modifié pour une utilisation préférentielle en ville par exemple surtous véhicules et plus particulièrement sur des autobus urbains ou autres véhicules de service (taxis 35 bennes à ordures etc..), en mono-mode air-air comprimé, par suppression de tous les éléments defonctionnement du moteur avec le carburant traditionnel.
Le moteur fonctionne seulement en mono-mode avec l’injection d'air compriméadditionnel dans la chambre de combustion qui devient ainsi une chambre d’expansion. En outre, 011110 l’air aspiré par le moteur peut être filtré et purifié à travers un ou plusieurs filtres à charbon ou autre procédé mécanique, chimique, tamis moléculaire, ou autres filtres afin de réaliser une moteur dépolluant. L’emploi du terme « air » dans le présent texte s’entend « tout gaz non polluant ».
Dans sa demande de brevet français 9611632, l’auteur a également décrit l’installationde compresseurs haute pression embarqués pour recharger en air comprimé le réservoir du véhiculeéquipé de moteurs tels que décrits ci-dessus, le compresseur est entraîné par un moteur autonomeavec une source d’énergie autonome, et embrayé sur la transmission pour fonctionner et remplir lesréserves d’air comprimé du véhicule lors des ralentissements et des freinages permettant ainsi derécupérer l’énergie considérable qui est dissipée durant ces opérations
Toutefois, dans ce type d’installation, l’air comprimé sous haute pression et hautetempérature vient remplir le réservoir principal qui est sensiblement à température ambiante et serefroidit. Cette solution entraîne la perte d’une grande partie de son énergie, notamment lorsque leréservoir commence à se vider, ce qui induit une perte de sa pression, du fait de la détente.
Le procédé suivant l’invention, propose une autre solution qui permet, de plus, depouvoir disposer lors des accélérations, d’un couple et d’une réserve de puissance supplémentaire.Il est caractérisé par les moyens mis en oeuvre et plus particulièrement par le fait que, lors desdécélérations et des freinages, le compresseur haute pression, qui est mis en action par unembrayage ou tout autre coupleur, sert alors de ralentisseur, voire de frein en produisant de l’aircomprimé à haute pression par exemple 200 bar et à température élevé. Cet air comprimé est dérivéet stocké dans un réservoir calorifugé ou non, dit réservoir de réaccélération, où l’air comprimé estmaintenu à haute température et haute pression, pour être utilisé dés la remise en action du véhiculeen l’injectant dans la chambre de combustion ou d’expansion du moteur. Cet air comprimé ayantainsi gardé un maximum de sa température et de sa pression du fait de la courte durée de séjourdans le réservoir de réaccélération, est réinjecté chaud dans la chambre de combustion du moteur etapporte une énergie considérablement plus importante lors de la remise en action ou de la reprise duvéhicule. La capacité du réservoir de réaccélération calorifugé est réalisée en fonction des besoins,de même que la pression de l’air y contenu et, lorsque le réservoir de réaccélération est plein, l’airest à nouveau dérivé vers le réservoir principal L’homme de l’art peut calculer volume et pression du réservoir de réaccélération enfonction de la fréquence et de l’intensité moyenne des freinages et des accélérations suivantl’utilisation visée.
Selon une caractéristique préférentielle de l’invention, la réserve de réaccélération estréalisée dans un système à volume variable afin de maintenir, dès le début de son remplissage, l’aircomprimé qui y est stocké, à une pression et à une température quasi constante, par un dispositifassisté par des systèmes mécaniques, pneumatiques, ou hydrauliques tels que ressorts ou autres etplus particulièrement par un dispositif utilisant l’air comprimé en pression dans le réservoirprincipal après l’avoir détendu à une pression déterminée. Cette capacité de réaccélérationcalorifugée, à volume variable évite ainsi les chutes de pression et de température de l’air comprimé 3 011110 au fur et à mesure de son remplissage, et permet de disposer à tout moment d’une quantité d’air à la pression élevée souhaitée et à haute température pour permettre la remise en action du véhicule, sans attendre que la capacité de réaccélération ne soit intégralement remplie pour atteindre la pression de service souhaitée (par exemple 100 bar).
Ainsi, peu après un ralentissement ou un freinage, lorsque le conducteur du véhiculeveut réaccélérer, on injecte dans la chambre de combustion ou d’expansion, une quantité d’aircomprimé à haute pression et haute température prélevée dans la capacité de réaccélérationpermettant d’obtenir des pressions très élevées, dans ladite chambre, gages de couple et depuissance.
De nombreux moyens de maintient de la température dans le réservoir de réaccélérationpeuvent être utilisés, il est possible de citer pour exemple : l’utilisation de céramique, de procédé decalorifuge tels que laine de verre ou autre, de même qu’il est envisageable de réaliser des systèmesde chauffage non polluants, thermiques ou chimiques, sans pour autant sortir du procédé selonl’invention. D’autre buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtrons à la lecture de ladescription à titre non limitatif d’un mode de réalisation faite en regard des dessins annexés où : - La figure 1 représente un synoptique d’installation comportant une réserve deréaccélération suivant l’invention. - La figure 2 représente vue en coupe longitudinale,une installation semblable avec unecapacité de réaccélération à volume variable et pression constante et son système de maintient depression et de température.
La figure 1 représente, schématiquement, un synoptique d’installation d’un moteurdépolluant comportant une chambre d’aspiration et de compression 1, une chambre de combustionou d’expansion 2 à volume constant dans laquelle est implanté un injecteur d’air additionnel 22alimenté en air comprimé stocké dans un réservoir très haute pression 23 et une chambre de detenteet d’échappement 4. La chambre d’aspiration et de compression 1 est reliée à la chambre de détenteou d’expansion 2 par un conduit 5 dont l’ouverture et la fermeture sont commandées par un voletétanche 6. La chambre de combustion ou d’expansion 2 est reliée à la chambre de détente etd’échappement 4 par un conduit ou transfert 7 dont l’ouverture et la fermeture sont commandéespar un volet étanche δ. La chambre d’aspiration et de compression 1 est alimentée en air par unconduit d’admission 13 dont l’ouverture est commandée par une soupape 14 et, en amont duquel estimplanté un filtre à charbon dépolluant 24.
La chambre d’aspiration et de compression 1 fonctionne comme un ensemble decompresseur à piston où un piston 9 coulissant dans un cylindre 10 est commandé par une bielle 11et un vilebrequin 12. La chambre de détente et d’échappement 4 commande un ensemble classiquede moteur à piston avec un piston 15 coulissant dans un cylindre 16, qui entraîne par rintermédiaired’une bielle 17 la rotation d’un vilebrequin 18. L’échappement de l’air détendu s’effectuant àtravers un conduit d’échappement 19 dont l’ouverture est commandée par une soupape 20. La 011110 rotation du vilebrequin 12 de la chambre d’aspiration et de compression 1 est commandée à traversune liaison mécanique 21 par le vilebrequin moteur 1S de la chambre de détente et d’échappement 4.Le compresseur embarqué 25 a son admission d’air 26 en dérivation sur le conduit d’admission dumoteur 13 entre le système de filtrage 24 du moteur et le moteur lui-même. Lors de sa rotation il varemplir en air comprimé à travers son conduit d’échappement 27, les réserves d’air comprimé hautepression 23 installées sur le véhicule. Le compresseur 25 est entraîné par un moteur électrique 28 àtravers un embrayage 29 qui est actionné pour le remplissage des réserves.
Le compresseur 25 est également relié à la transmission du véhicule 30, également àtravers un embrayage 31 qui sera actionné (embrayé) lors des décélérations et des freinages, etservira de frein moteur permettant de ralentir le véhicule et de remplir en air comprimé hautepression et haute température, un réservoir de réaccélération 32, avantageusement entouré d’uneenveloppe calorifuge 32A à travers un conduit dérivé 27A. Une vanne 33, disposée sur le conduitd’échappement du compresseur 27 dérive le flux d’air comprimé vers cette réserve de réaccélérationà travers un conduit dérivé 27A en obturant le conduit 27 et permet, lorsque le réservoir deréaccélération est entièrement plein, si nécessaire, le fonctionnement du compresseur embarqué aufreinage et/ou décélération, à travers le conduit 27, en obturant le conduit dérivé 27A et, endirigeant le flux vers le réservoir principal 23. La vanne 33 obture également le conduit 27A lors dela réaccélération pour canaliser vers l’injecteur de réaccélération 22A, le flux de l’air comprimésous pression contenu dans le réservoir de réaccélération 35 alors que le compresseur embarqué 25est débrayé, en évitant les pertes de pression en direction du compresseur embarqué 25 et/ou duréservoir externe principal 23,
Après la décélération, le freinage et/ou l’arrêt du véhicule, lors de l’accélération pourremettre en action ledit véhicule, on actionne un injecteur d’air 22A pour permettre d’injecter dansla chambre de combustion ou d’expansion, de l’air comprimé haute pression et haute température.Cet air va se mélanger à l’air comprimé dans la chambre de compression 1 et est transféré dans lachambre de combustion ou d’expansion, du moteur et augmenter considérablement la pression afinde disposer d’une grande puissance pour la remise en action du véhicule.
La figure 2 représente, un synoptique d’installation avec un dispositif de réservoir deréaccélération à volume variable selon une variante de l’invention, avec un système de régulation depression géré par la pression d’air comprimé régnant dans le réservoir principal 23. Le réservoir deréaccélération 35, avantageusement entouré de son isolation thermique 35A, est constitué par uncylindre creux de petit diamètre débouchant concentriquement dans un cylindre creux de plus granddiamètre 37 dans lesquels coulisse de manière étanche un piston à deux étages 38. Le cylindre depetit diamètre est le réservoir de réaccélération 35, relié au conduit d’arrivé 27A d’air compriméhaute pression provenant du compresseur embarqué 25 qui est actionné lors des décélération et/oudes freinages et au conduit 39 de départ d’air comprimé vers l’injecteur de réaccélération 22A. Lecylindre de gros diamètre 37 comprend une arrivée d’air comprimé moyenne pression 40 provenantdu réservoir principal très haute pression 23 et détendu dans une capacité tampon 41 à moyenne 01111 ο pression nécessaire et suffisante pour l’alimentation en air additionnel de l’injecteur 22 lors du fonctionnement normal du moteur.
Le rapport des diamètres des cylindres est calculé de telle sorte que la pressiondétendue dans le cylindre de plus grand diamètre 37 permette de maintenir dans le petit cylindre lapression choisie pour alimenter l’injecteur d’air additionnel de réacélération 22A. Par exemple ungrand cylindre de diamètre 100 mm recevant une pression détendue de 40 bars permet de maintenirune pression d’environ 110 bars dans un petit cylindre de 60 mm de diamètre qui constitue leréservoir de réaccélération. De manière à éviter de grande différence de pression lors dudéplacement du piston 38 la capacité tampon 41 sera choisie avec un volume relativementimportant.
Lors du fonctionnement en mode air comprimé, le moteur est alimenté en air additionnelsous 40 bars (par exemple) et à température ambiante, par l’injecteur d’air additionnel 22.
Lors d’une décélération c’est-à-dire dés que le conducteur relâche sa pression surl’accélérateur ou lors d’un freinage , l’embrayage 31 est activé et le compresseur d’air embarqué25 est mis en action et assure le ralentissement ou le freinage. La vanne de dérivation 33 sepositionne pour dériver l’air comprimé à haute pression et haute température (par exemple 150bars) par le compresseur 25 vers le réservoir de réaccélération 35. Sous l’effet de l’arrivée de l’aircomprimé par le conduit 27A, le piston à double étage 38 se déplace et, en raison de l’effortappliqué sur sa face de grand diamètre par la pression régnant dans le gTand cylindre 37 maintientdans le réservoir de réaccélération 35 une pression quasi constante (par exemple 100 bar). Lorsquele piston 38 est arrivé en fin de sa course la vanne 33 est à nouveau actionnée pour diriger l’aircomprimé vers le réservoir principal 23. Il est ainsi possible de ralentir et/ou freiner en frisantfonctionner le compresseur embarqué 25 en dirigeant le flux d’air comprimé en direction duréservoir externe principal 23. Dès que le conducteur veut réaccélérer, l’injecteur de réaccélération22A est actionné pour alimenter la chambre de combustion 2 en air comprimé chaud et à hautepression permettant ainsi d’obtenir dans ladite chambre une pression très élevée un couple deréaccélération important. Dans cette phase de fonctionnement, la vanne 33 est positionnée de tellesorte qu’elle obure le conduit dérivé 27A pour permettre de canaliser vers l’injecteur deréaccélération 22A, le flux de l’air comprimé sous pression contenu dans le réservoir deréaccélération 35 alors que le compresseur embarqué 25 est débrayé, en évitant les pertes depression en direction du compresseur embarqué 25 et/ou du réservoir externe principal 23. Il entredans les compétences normales de l’homme du métier d’intégrer les commandes d’actionnement desvannes et d’injection en fonction des phases de freinages et d’accélération décrites.
Le type de compresseur embarqué haute pression, le type d’embrayage de commande, letype de calorifugation de la capacité de réaccélération, le type de vanne de dérivation 33, le mode demaintient de pression etc, les différentes dispositions des éléments dans le véhicule, peuvent variersans pour autant sortir du cadre de la présente invention.

Claims (9)

  1. 011110 REVENDICATIONS
    1. - Procédé de réaccélération pour véhicule équipé de moteur dépollué ou dépolluanh comportantune chambre de combustion indépendante (2) dans laquelle l’on indroduit, en fonctionnement à air,sensiblement après l’admission dans cette dernière, de l’air comprimé -sans carburant - provenantd’une chambre d’aspiration et de compression (1), une quantité de gaz non polluant compriméadditionnel provenant d’un réservoir externe principal (23) dans lequel ce gaz comprimé est stockésous haute pression et sensiblement à la température ambiante, ce véhiculé étant également équipéd’un compresseur embarqué haute pression (25) mis en action lors des décélérations et desfreinages, pour remplir le réservoir externe principal (23), caractérisé en ce que l’air comprimé àhaute pression par le compresseur (25) est dérivé et stocké pour être maintenu à haute températureet haute pression, et, en ce que cet air est utilisé dès la remise en action, ou reprise, du véhiculé enl’injectant dans la chambre de combustion ou d’expansion du moteur (2).
  2. 2. -Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le stockage de l’air comprimé estréalisé à volume fixe.
  3. 3. -Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le stockage de l’air est réalisé à volumevariable afin d’obtenir et de conserver, dès le début du remplissage, une pression et unetempérature de l’air quasi constante, sensiblement proche de celles fournies par le compresseurembarqué
  4. 4. - Procédé suivant la revendication 3 caractérisé en ce que le contrôle de l’augmentation et de lavariation du volume d’air stocké utilise l’air comprimé du réservoir externe principal (23).
  5. 5. - Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le réservoir deréaccélération est isolé thermiquement ou réalisé en matériaux isolants pour conserver unetempérature et une pression élevées.
  6. 6. -Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5,caractérisé en ce que le stockage de l’air comprimé provenant du compresseur embarqué (25) estréalisé dans un réservoir de réaccélération (32, 35), disposé en dérivation sur le conduitd’échappement (27) du compresseur embarqué (25), entre ledit conduit et un injecteur (22A)positionné dans la chambre de combustion ou d’expansion (2).
  7. 7. -Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le réservoir de réaccélération est unréservoir à volume fixe (32).
  8. 8- Dispostif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le réservoir de réaccélération est àvolume variable (35). 9.-'Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que, le réservoir de réaccélération estconstitué par un cylindre creux de petit diamètre (35), débouchant concentriquement dans uncylindre-creux de plus grand diamètre (37), dans lesquels coulisse un piston à deux étages (38),alors que le cylindre de petit diamètre (35) est relié, d’une part au conduit d’arrivé d’air comprimé(27) du compresseur embarqué haute pression (25) par un conduit dérivé (27A) ef d’autre part à un 011110 injecteur de réaccélération (22A), et en ce que le cylindre de plus grand diamètre (37) comprendune arrivée (40) d’air comprimé moyenne pression, provenant du réservoir principal très hautepression (23), et détendu dans une capacité tampon (41), alors que le rapport des diamètres descylindres est calculé de telle sorte que la moyenne pression régnant dans le cylindre de granddiamètre (37) permette de maintenir dans le petit cylindre (35) qui est le réservoir deréaccélération, la haute pression choisie pour alimenter l’injecteur d’air additionnel deréaccélération (22A).
  9. 10.- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le conduitd’échappement du compresseur embarqué (27) et le conduit dérivé (27A) vers le réservoir deréaccélération sont équipés d’une vanne (33) qui permet, d’une part, de dériver le flux d’airprovenant du compresseur embarqué (25), lors des décélérations et/ou des freinages, en ouvrant leconduit dérivé (27A) et en obturant le conduit d’échappement (27) du compresseur embarqué (25)en direction du réservoir externe principal (23) et, d’autre part, de permettre d’obturer le conduitdérivé (27A) soit pour permettre le libre passage du flux d’air comprimé en direction du réservoirexterne principal (23) soit, lorsque le réservoir de réaccélération (35) est plein, de permettrel’utilisation du compresseur embarqué (25) pour ralentir et freiner, soif lors des réaccélérations, decanaliser vers l’injecteur de réaccélération (22A), le flux de l’air comprimé sous pression contenudans le réservoir de réaccélération (35) alors que le compresseur embarqué (25) est débrayé, enévitant les pertes de pression en direction du compresseur embarqué (25) et/ou du réservoir externeprincipal (23).
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