WO2015183064A1 - Dispositifs aerodynamique et mecanique d'aspiration des gaz d'echappement - Google Patents

Dispositifs aerodynamique et mecanique d'aspiration des gaz d'echappement Download PDF

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WO2015183064A1
WO2015183064A1 PCT/MA2015/000005 MA2015000005W WO2015183064A1 WO 2015183064 A1 WO2015183064 A1 WO 2015183064A1 MA 2015000005 W MA2015000005 W MA 2015000005W WO 2015183064 A1 WO2015183064 A1 WO 2015183064A1
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WO
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exhaust
channel
manifold
suction
valve
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Application number
PCT/MA2015/000005
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English (en)
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Abdelilah Lafkih
M'hamed El Morabit
Original Assignee
Abdelilah Lafkih
El Morabit M Hamed
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    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0257—Independent control of two or more intake or exhaust valves respectively, i.e. one of two intake valves remains closed or is opened partially while the other is fully opened
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4264—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads of exhaust channels
    • F02F2001/4278—Exhaust collectors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for increasing the torque and power of internal combustion engines and thereby improving the thermal efficiency.
  • the present invention intends to overcome the disadvantages of the back pressure and to provide an improvement in the efficiency of internal combustion engines by defining a device and a method for producing such an engine (according to the invention) with performance characteristics. higher. It is an object of the present invention to increase the torque and power of internal combustion engines by creating a vacuum in the manifold or exhaust manifold to minimize the effect of back pressure during the course of the stroke. 'exhaust.
  • One embodiment has been proposed to ensure a suction of the flue gases at the exhaust pipe by an aerodynamic device without using the energy of the gases exhaust system to supercharge the engine with pressurized air.
  • An example is provided by International Patent Application PCT / MA2012 / 000016 which describes a four-stroke combustion engine aerodynamic suction device having two separate exhaust channels or (chapels) and two exhaust valves.
  • the first exhaust channel is divided into two exhaust channels that enter the second exhaust channel and extend downstream of the latter, to form, with this second exhaust channel, a passage wherein a portion of the combustion gases (elongate expansion) sucks, by trump effect, another part of the flue gases during the exhaust stroke.
  • the two parts of the gases are then discharged to the outside through the manifold or the exhaust manifold.
  • the present invention consists of a device and a method comprising a combination of aerodynamic suction and exhaust gas mechanical aspiration to increase the torque and power of internal combustion engines.
  • the aerodynamic device comprises two chapels or exhaust channels, the first exhaust channel is divided into three exhaust channels. Two channels enter the interior of the second exhaust channel and extend downstream such that the inner wall of the second exhaust channel and the outer walls of the other two channels form a passage within the second exhaust channel.
  • the first exhaust channel has a first exhaust valve and the second exhaust channel has a second exhaust valve.
  • the first exhaust valve has a valve guide attached to the first exhaust channel and the second exhaust valve has a valve guide attached to the second exhaust channel.
  • the stem of the second exhaust valve passes inside the second exhaust channel between the two exhaust channels.
  • the first exhaust valve opens in the vicinity of the bottom dead center (PMB) of the piston, on the first exhaust channel.
  • PMB bottom dead center
  • the combustion gases operate the turbine and are discharged through the outlet channel thereof to the collective exhaust pot.
  • the turbine drives, by means of a common axis, a compressor which supplies the engine with pressurized air.
  • the turbine also drives a suction wheel that performs suction at the second exhaust channel.
  • the second exhaust valve opens, while the first exhaust valve closes.
  • the "turbo-compressor-vacuum" assembly is still rotating thanks to its inertia.
  • the suction wheel carries a suction inside the inlet channel of the turbine, which generates a vacuum inside the tubing or the exhaust manifold.
  • the flue gases vent freely from the second exhaust channel through its outlet channel.
  • the turbine evacuates, then, the gases burned by the discharge channel to the collective exhaust pot.
  • the four-stroke engine can be converted into a two-stroke engine by some modifications in the distribution system and in the gas flow in the cylinder.
  • the aerodynamic device and the suction (hot) wheel of the "turbo-compressor-vacuum” assembly carry out the evacuation of the flue gases, creating a vacuum in the second exhaust channel and in the exhaust manifold or manifold hence the possibility of suppressing the exhaust stroke of the piston.
  • the wheel (cold) of the assembly "turbo-compressor-vacuum” which is a compressor, ensures the filling of the cylinder with intake air, under pressure, hence the possibility of suppressing the intake stroke of the piston.
  • the essential advantages of the invention reside in the fact that: a- Thanks to the vacuum provided in the manifold or the exhaust manifold, the chapels, the sections of the seats of the exhaust valves, there is a considerable difference between the pressure inside the cylinder and the pressure in the manifold or exhaust manifold. This pressure difference facilitates evacuation burnt gases from the cylinder during the exhaust stroke. The absence of the backpressure at the time of the exhaust makes the exhaust time less resistant, resulting in an increase in torque, power and engine performance at the same rotational speed. In addition, fuel consumption is reduced.
  • the gain in terms of efficiency allows to lower the rotational speed of the engine and to lengthen the reports of the gearbox; b-When the exhaust gases drive the turbine of a "turbo-compressor", the energy of the gas pressure in the manifold or the exhaust manifold comes from the thrust force of the piston. This back pressure, during the exhaust stroke, decreases the torque and the power of the engine.
  • the new exhaust system makes it possible to exploit only the elongated expansion of the combustion gases, at the end of the expansion stroke, to rotate the "turbo-compressor-vacuum” assembly and to make, at the same time, a depression in the second exhaust manifold during the exhaust stroke; c- the new exhaust system allows a good cooling of the engine components.
  • the vacuum in the manifold or the exhaust manifold will reduce the pressure of the flue gas. This will lessen the effect of the heat exchange between the flue gases and the surface or walls of the liner, cylinder head (combustion chamber), piston, valves and valve seats, chapels, tubing or the exhaust manifold.
  • the fresh intake air escapes freely through the exhaust channels due to the pressure difference; d- the life of the engine components is extended (in a gasoline engine, where the temperature of the exhaust gas is high, and in a diesel engine, where the compression of flue gases is high).
  • Depression in the exhaust manifold lowers the value of the temperature and pressure in the cylinder during the exhaust stroke; e-the exhaust system can gain power as well as sound.
  • the drop in the pressure of the burnt gases during the exhaust stroke removes the trigger (main source of noise) gases at the exit of the chapels or the cylinder head.
  • the sound of engine is significantly reduced.
  • the reduction of the rotation speed for the same power of the engine is also a factor favorable to the reduction of the noise; f- the piston cycle of the four-stroke internal combustion engine can be converted into a two-stroke cycle.
  • the (cold) wheel which is a compressor, ensures that the cylinder is filled with fresh intake air, the piston intake stroke can be eliminated.
  • the (hot) wheel ensures the evacuation of the burnt gases, by creating a depression in the tubing or the exhaust manifold, it is possible to suppress the exhaust stroke; g- reducing the size of the engine at equal power.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a four-stroke internal combustion engine equipped with an aerodynamic and mechanical suction device;
  • FIG. 2 is a partial schematic view of the aerodynamic "vacuum cleaner” device of the same motor along the line 1-1 of FIG. 1;
  • Figure 3 is a partial schematic view, in cross section, shows the same motor of Figure 1 at the time of the exhaust phase.
  • FIG. 1 represents a partial diagrammatic sectional view of a four-stroke internal combustion engine (M) equipped with two combined devices for exhaust gas extraction.
  • Each cylinder (1) of the engine (M) has, at least ns, two exhaust valves (2A) and (2B), and also, two channels or exhaust chapel (3A) and (3B).
  • the first exhaust valve (2A) has a valve guide (4A) mounted in the first exhaust channel (3A) and the second exhaust valve (2B) has a valve guide.
  • valve (4B) mounted in the second exhaust channel (3B).
  • the first exhaust channel (3A) and the second exhaust channel (3B) constitute the aerodynamic suction device (A) located inside the engine cylinder head (M) (not shown in FIG. 1) .
  • the first exhaust channel (3A) is divided into three escape channels (A1), (A2) and (A3) ( Figure 2).
  • the two exhaust channels (A1) and (A2) enter the interior of the second exhaust channel (3B) at point (C) and extend downstream from the same channel to the point (D). ).
  • the inner wall of the second exhaust channel (3B) and the outer walls of the two exhaust channels (A1) and (A2) make it possible to obtain a passage (P).
  • the stem of the second exhaust valve (2B) passes between the two exhaust channels (A1) and (A2) within the second exhaust channel (3B).
  • the exhaust gas suction device (B) is a device or mechanical assembly "turbo-compressor-vacuum", which has two wheels (hot) (5) and (7) and a third wheel (cold) ( 6).
  • the three wheels (5), (6) and (7) are mounted on a common axis (8).
  • the first exhaust valve (2A) opens in the vicinity of the bottom dead center (PMB) of the piston (9) (FIG. 1) and sends, firstly, the combustion gases (E ) ("Exhaust puff” or elongated expansion) of the cylinder (1) to the first exhaust channel (3A), then to the three exhaust channels (A1), (A2) and (A3) ( Figure 2).
  • the two gaseous flows (EA) are evacuated from the cylinder head (not shown in FIG. 1) of the engine (M) through the outlet channel (F) of the second exhaust channel (3B).
  • the other part (EB) of the combustion gases (E) continues to relax, at the same time, in the third exhaust channel (A3), to the manifold or the exhaust manifold (G), which sends them to the gas inlet channel (W) of the (hot) wheel (5), which is a driving wheel or turbine.
  • the combustion gases (EB) drive the turbine (5), and are then evacuated via the gas outlet channel (Z) and the collective exhaust pot (H).
  • the turbine (5) due to the high temperature and velocity, of the combustion gases (EB), drives with a common axis (8) a wheel (cold) (6) and another wheel (hot) (7).
  • the (cold) wheel (6) is a compressor that supercharges the cylinder (1) in pressurized air during the time of admission.
  • the wheel (6) is located between the two (hot) wheels (5) and (7).
  • the intake duct (J) of the compressor (6) is fixed on the tubing (K), directly attached to the air filter (not shown in FIG. 1), and the discharge duct (0) is fixed on the tubing or the intake manifold (N) of the engine (M).
  • the compressor (6) draws air (AF) through the inlet channel (J) and delivers it through the discharge channel (0).
  • the (hot) wheel (7) is mounted on the same axis (8), and unlike the (hot) wheel (5), which rotates the "turbo-compressor-vacuum" assembly (B), is a suction wheel for creating a vacuum in the tubing or in the exhaust manifold (R).
  • the second exhaust valve (2B) opens while the first exhaust valve (2A) closes ( Figure 3).
  • the three wheels (5), (6) and (7) are still rotating thanks to the inertia of the "turbo-compressor-vacuum" assembly (B).
  • the suction (7) rotating wheel (7) generates a vacuum inside the inlet channel (U) and draws the mixture of the combustion gases (EA) and the flue gases (EC) from the inside the exhaust manifold or manifold (R), and also inside the second exhaust channel (3B), and then pushes them back through the discharge channel (T) to the collective pot of exhaust (H).
  • the four-stroke engine (M), equipped with an aerodynamic device (A) and a "turbo-compressor-vacuum" mechanical assembly (B), which carries out the four phases piston (9), that is two crankshaft turns, can be converted into a two-stroke engine, which carries out the four phases of the cycle in two piston strokes (9), ie one revolution of the crankshaft.
  • a simple modification of the system distribution, which ensures the entry and exit of gases in the cylinder (1) can suppress the intake stroke and the exhaust stroke of the piston (9).
  • the timing and duration of the opening and closing of the exhaust valves (2A) and (2B) and the intake valve (no represented on the figurel) is done in a different way, compared to a four-stroke engine.
  • the first exhaust valve (2A) Towards the end of the expansion stroke, the first exhaust valve (2A) is open, will allow to send a part (EA) of the combustion gases (elongated expansion) (E) to the two channels (Al) and (A2) of the aerodynamic suction device (A), and the other part (EB) of the combustion gases (E) to the power turbine (5) of the mechanical assembly "turbo-compressor-vacuum" (B) through the channel (A3).
  • the aerodynamic device (A) and the mechanical assembly (B) realize a depression inside the second exhaust channel (3B) of the aerodynamic device (A), and inside the manifold or the manifold exhaust (R).
  • the first exhaust valve (2A) closes while the second exhaust valve (2B) opens, and because of the difference in pressure between the pressure in the manifold or the exhaust manifold (R) and the pressure in the cylinder (1), the flue gases (EC) are discharged freely from the cylinder (1) through the second channel exhaust (3B). Since the "turbo-compressor-aspirator" assembly (B) is rotated at a high speed, the evacuation of the flue gases (EC) continues until the opening of the intake valve (not shown). in FIG. 1), during which exhaust gas (EC) is evacuated by suction and by sweeping, since the compressor wheel (6) delivers air (AF), under pressure, to the manifold or manifold.
  • AF air
  • the suction by trompe effect inside the breech can be realized by various forms of pipes which make it possible to increase the contact surface between the combustion gases (EA) and the flue gases (EC).
  • the number of exhaust channels is not limited to two as in the case of the channels (Al) and (A2), may be greater than two.
  • the hot wheel (7) which is a centrifugal wheel, in Fig. 1, may be a one or multi-stage axial wheel or may be a centrifugal wheel combined with an axial wheel.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif pour améliorer les performances et le fonctionnement de moteurs a combustion interne par aspiration aérodynamique et mécanique des gaz brûlés au niveau de la canalisation d'échappement. Le moteur (M) comporte, selon I' invention, un dispositif d'aspiration aérodynamique (A) à I' intérieur de la culasse, avec deux canaux d'échappement (3A) et (3B), qui réalise une aspiration des gaz brûlés (EC), par effet de trompe, et, un dispositif mécanique (B), a I' extérieur de la culasse, qui est un assemblage « turbo-compresseur-aspirateur » comportant deux roues (chaudes) (5) et (7) et une roue (froide) (6). Selon I' invention, le dispositif d'aspiration aérodynamique (A), et la roue (chaude) aspiratrice (7) de I' assemblage mécanique (B) engendrent une dépression dans le canal d'échappement (3B). Les gaz brûlés (EC) s'évacuent librement du cylindre (1), sans résistance de la contre-pression.

Description

Description
La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant d'accroître le couple et la puissance des moteurs à combustion interne et d'améliorer, par conséquent, le rendement thermique.
Il est établit que la contre-pression réduit la puissance des moteurs à combustion interne, et que, rendre le temps échappement moins résistant est un facteur appréciable pour augmenter le travail utile dans de tels moteurs.
Malgré toutes les améliorations et les procédés réalisés pour rendre le temps échappement moins résistant, il existe toujours une contre-pression pendant la course d'échappement qui se développe à cause de la poussée rapide du piston. Cette contre-pression augmente avec la vitesse de rotation du moteur.
Un autre inconvénient de la contre-pression concerne les moteurs suralimentés dans le but d'accroître la quantité d'air fournie au moteur, en le comprimant préalablement à son arrivée dans le cylindre. Le procédé permet d'assurer la combustion correcte d'une quantité supérieure de combustible, ce qui a pour effet d'améliorer les performances du moteur. Toute fois, une turbine, située dans la tubulure ou le collecteur d'échappement, augmente la restriction dans les canalisations de l'échappement. Cette restriction est plus grande à cause de la quantité supérieure du mélange, air-combustible, brûlé dans un moteur suralimenté. Cela signifie que le moteur (piston) doit vaincre une certaine pression plus élevée, à soustraire de la puissance développée.
La présente invention entend remédier aux inconvénients de la contre-pression et apporter une amélioration, en matière du rendement des moteurs à combustion interne, en définissant un dispositif et un procédé destinés à réaliser un tel moteur (conforme à l'invention) doté de performances supérieures. La présente invention a pour but d'accroître le couple et la puissance des moteurs à combustion interne en créant une dépression dans la tubulure ou le collecteur d'échappement pour réduire, au maximum, l'effet de la contre- pression pendant la course d'échappement.
Une réalisation a été proposée en vue d'assurer une aspiration des gaz brûlés au niveau de la canalisation d'échappement par un dispositif aérodynamique sans utiliser l'énergie des gaz d'échappement pour suralimenter le moteur en air sous pression. Un exemple est fourni par la demande internationale de brevet PCT/MA2012/000016 qui décrit un dispositif d'aspiration aérodynamique pour moteur à combustion à quatre temps comportant deux canaux ou (chapelles) d'échappement séparés et deux soupapes d'échappement. Le premier canal d'échappement se divise en deux canaux d'échappement qui entrent à l'intérieur du deuxième canal d'échappement et se prolongent vers l'aval de ce dernier, pour former, avec ce deuxième canal d'échappement, un passage dans lequel une partie des gaz de combustion (détente allongée) aspire, par effet de trompe, une autre partie des gaz brûlés pendant la course d'échappement. Les deux parties des gaz sont ensuite évacuées à l'extérieure par la tubulure ou le collecteur d'échappement.
La présente invention consiste en un dispositif et un procédé comportant une combinaison entre l'aspiration aérodynamique et l'aspiration mécanique des gaz d'échappement permettant d'accroître le couple et la puissance des moteurs à combustion interne.
Le dispositif aérodynamique comporte deux chapelles ou canaux d'échappement, le premier canal d'échappement se divise en trois canaux d'échappement. Deux canaux entrent à l'intérieur du deuxième canal d'échappement et se prolongent vers l'aval de telle façon que la paroi interne du deuxième canal d'échappement et les parois externes des deux autres canaux forment un passage à l'intérieur du deuxième canal d'échappement. Le premier canal d'échappement comporte une première soupape d'échappement et le deuxième canal d'échappement comporte une deuxième soupape d'échappement. La première soupape d'échappement possède un guide de soupape fixé sur le premier canal d'échappement et la deuxième soupape d'échappement possède un guide de soupape fixé sur le deuxième canal d'échappement. La tige de la deuxième soupape d'échappement passe à l'intérieur du deuxième canal d'échappement entre les deux canaux d'échappement. A la fin du temps d'inflammation-détente, la première soupape d'échappement s'ouvre au voisinage du point mort bas (P.M.B) du piston, sur le premier canal d'échappement. Les gaz de combustion, en détente, entrent dans le premier canal d'échappement, et se divisent en trois flux gazeux en passant dans les trois canaux d'échappement. Une partie des gaz de combustion passe dans les deux canaux d'échappement, à l'intérieur du deuxième canal d'échappement, et sorte des deux canaux avec une grande vitesse d'écoulement. Les deux flux gazeux engendrent une aspiration, par effet de trompe, à l'intérieur du deuxième canal d'échappement. L'autre partie des gaz de combustion, en détente, passe dans le troisième canal d'échappement vers la tubulure ou le collecteur d'échappement, du moteur, qui l'envoie vers la turbine du dispositif mécanique « turbo-compresseur-aspirateur ».
Sur leur passage, les gaz de combustion actionnent la turbine et sont évacués par le canal de sortie de celle-ci vers le pot collectif d'échappement. La turbine entraîne, à l'aide d'un axe commun, un compresseur qui alimente le moteur en air sous pression. La turbine entraîne aussi une roue aspiratrice qui effectue une aspiration au niveau du deuxième canal d'échappement. Au début de la course d'échappement, la deuxième soupape d'échappement s'ouvre, tandis que la première soupape d'échappement se ferme. L'assemblage « turbo-compresseur-aspirateur » est encore en rotation grâce à son inertie. La roue aspiratrice effectue une aspiration à l'intérieur du canal d'admission de la turbine, ce qui engendre, une dépression à l'intérieur de la tubulure ou le collecteur d'échappement. Les gaz brûlés s'évacuent librement du deuxième canal d'échappement à travers son canal de sortie. La turbine évacue, ensuite, les gaz brûlés par le canal de refoulement vers le pot collectif d'échappement.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le moteur à quatre temps peut être transformé en un moteur à deux temps par quelques modifications au niveau du système de distribution et au niveau de l'écoulement dès gaz dans le cylindre. Le dispositif aérodynamique et la roue (chaude) aspiratrice de l'assemblage « turbo-compresseur- aspirateur » réalisent l'évacuation des gaz brûlés, en créant une dépression dans le deuxième canal d'échappement et dans la tubulure ou le collecteur d'échappement, d'où la possibilité de supprimer la course d'échappement du piston. Simultanément, la roue (froide) de l'assemblage « turbo-compresseur-aspirateur », qui est un compresseur, assure le remplissage du cylindre en air d'admission, sous pression, d'où la possibilité de supprimer la course d'admission du piston.
Les avantages essentiels de l'invention résident dans le fait que : a- Grâce à la dépression prévue dans la tubulure ou le collecteur d'échappement, les chapelles, les sections des sièges des soupapes d'échappement, il se produit une différence considérable entre la pression qui règne à l'intérieur du cylindre et la pression dans la tubulure ou le collecteur d'échappement. Cette différence de pression facilite l'évacuation des gaz brûlés, du cylindre, pendant la course d'échappement. L'absence de la contre- pression au moment de l'échappement rend le temps d'échappement moins résistant, d'où une augmentation du couple, de la puissance et des performances du moteur à une même vitesse de rotation. Par ailleurs, la consommation du carburant, est réduite. En effet, le gain en termes de rendement, permet d'abaisser le régime de rotation du moteur et d'allonger les rapports de la boite à vitesses ; b-lorsque les gaz d'échappement entraînent la turbine d'un « turbo-compresseur », l'énergie de la pression des gaz dans la tubulure ou le collecteur d'échappement vient de la force de poussée du piston. Cette contre-pression, pendant la course d'échappement, diminue le couple et la puissance du moteur. Par contre, le nouveau système d'échappement permet d'exploiter seulement la détente allongée des gaz de combustion, en fin de course de détente, pour faire tourner l'assemblage « turbo-compresseur-aspirateur » et faire, en même temps, une dépression dans la deuxième tubulure d'échappement pendant la course d'échappement ; c- le nouveau système d'échappement permet de réaliser un bon refroidissement des organes du moteur. En effet, au cours de la course d'échappement, la dépression dans la tubulure ou le collecteur d'échappement va réduire la pression des gaz brûlés. Ceci va diminuer l'effet de l'échange thermique entre les gaz brûlés et la surface ou les parois de la chemise, de la culasse (Chambre de combustion), du piston, des soupapes et des sièges des soupapes, des chapelles, de la tubulure ou le collecteur d'échappement. Ainsi, pendant le chevauchement, l'air frais d'admission s'échappe librement par les canaux d'échappement à cause de la différence de pression ; d- la durée de vie des organes du moteur est prolongée (dans un moteur à essence, où la température des gaz d'échappement est élevée, et dans un moteur diesel, où la compression des gaz brûlés est élevée). La dépression dans la tubulure d'échappement abaisse la valeur de la température et de la pression dans le cylindre pendant la course d'échappement; e-le système d'échappement permet de gagner en puissance tout comme en sonorité. La chute de la pression des gaz brûlés pendant la course d'échappement, supprime la détente (principale source de bruit) des gaz à la sortie des chapelles ou de la culasse. La sonorité du moteur est considérablement réduite. Aussi, la réduction de la vitesse de rotation pour une même puissance du moteur est également un facteur favorable à la diminution du bruit ; f- le cycle du piston du moteur à combustion interne à quatre temps peut être transformé en un cycle à deux temps. Puisque la roue (froide), qui est un compresseur, assure le remplissage du cylindre en air frais d'admission, on peut supprimer la course d'admission du piston. Aussi, puisque la roue (chaude) assure l'évacuation des gaz brûlés, en créant une dépression dans la tubulure ou le collecteur d'échappement, on peut supprimer la course d'échappement ; g- la réduction de l'encombrement du moteur à puissance égale .
L'invention, ses caractéristiques, ses détails, et ses avantages seront appréhender, plus clairement, au cours de la description explicative, faite en référence aux dessins schématiques, qui vont suivre, et donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et, dans lesquels :
• La figure 1 est une vue partielle, en coupe transversale, d'un moteur à combustion interne à quatre temps, équipé d'un dispositif d'aspiration aérodynamique et mécanique ;
• la figure 2 est une vue schématique partielle du dispositif « aspirateur » aérodynamique du même moteur suivant la ligne l-l de la figure 1 ;
• la figure 3 est une vue schématique partielle, en coupe transversale, montre le même moteur de la figure 1 au moment de la phase d'échappement.
La figure 1 représente une vue schématique partielle en coupe, d'un moteur à combustion interne à quatre temps (M), équipé de deux dispositifs combinés, pour l'aspiration des gaz d'échappement. Un dispositif d'aspiration aérodynamique (A) situé à l'intérieur de la culasse et un dispositif d'aspiration mécanique (B) monté à l'extérieur de celle-ci.
Chaque cylindre (1) du moteur (M) comporte, au moi ns, deux soupapes d'échappement (2A) et (2B), et aussi, deux canaux ou chapelle d'échappement (3A) et (3B). La première soupape d'échappement (2A) possède un guide de soupape (4A) monté dans le premier canal d'échappement (3A) et la deuxième soupape d'échappement (2B) possède un guide de soupape (4B) monté dans le deuxième canal d'échappement (3B). Le premier canal d'échappement (3A) et le deuxième canal d'échappement (3B) constituent le dispositif d'aspiration aérodynamique (A) situé à l'intérieur de la culasse du moteur (M) (non représentée sur la figure 1).
Le premier canal d'échappement (3A) se divise en trois canaux d'échappements (Al), (A2) et (A3) (figure 2). Les deux canaux d'échappements (Al) et (A2) entrent à l'intérieur du deuxième canal d'échappement (3B) au point (C) et se prolongent vers l'aval, du même canal, jusqu'au point (D). La paroi interne du deuxième canal d'échappement (3B) et les parois externes des deux canaux d'échappement (Al) et (A2) permettent l'obtention d'un passage (P). La tige de la deuxième soupape d'échappement (2B) passe entre les deux canaux d'échappement (Al) et (A2) à l'intérieur du deuxième canal d'échappement (3B). Le dispositif d'aspiration des gaz d'échappement (B) est un dispositif ou un assemblage mécanique « turbo-compresseur-aspirateur », qui comporte deux roues (chaudes) (5) et (7) et une troisième roue (froide) (6). Les trois roues (5), (6) et (7) sont montées sur un axe commun (8).
A la fin du temps inflammation-détente, la première soupape d'échappement (2A) s'ouvre au voisinage du point mort bas (P.M.B) du piston (9)(figure 1) et envoie, premièrement, les gaz de combustion (E) (« bouffée d'échappement » ou détente allongée) du cylindre (1) au premier canal d'échappement (3A), puis aux trois canaux d'échappement (Al), (A2) et (A3) (figure 2).
En passant à l'intérieur des deux canaux d'échappement (Al) et (A2), une partie (EA) des gaz de combustion (E), en détente, se divise en deux flux gazeux/ L'écoulement des deux flux gazeux (EA), à grande vitesse, à la sortie des deux canaux (Al) (A2), va engendrer une aspiration au niveau du point (D) par effet de trompe, et une dépression dans le passage (P). Les deux flux gazeux (EA) sont évacués de la culasse (non représentée sur la figure 1) du moteur (M), par le canal de sortie (F), du deuxième canal d'échappement (3B).
L'autre partie (EB) des gaz de combustion (E) continue de se détendre, en même temps, dans le troisième canal d'échappement (A3), vers la tubulure ou le collecteur d'échappement (G), qui les envoie au canal d'entrée des gaz (W) de la roue (chaude) (5), qui est une roue motrice ou turbine. Les gaz de combustion (EB) entraînent la turbine (5), et sont évacués, ensuite, par le canal de sortie des gaz (Z) et par le pot collectif d'échappement (H). La turbine (5), en raison de la température et de la vitesse, élevées, des gaz de combustion (EB), entraîne à l'aide d'un axe commun (8) une roue (froide) (6) et une autre roue (chaude) (7). La roue (froide) (6) est un compresseur qui assure la suralimentation du cylindre (1), en air sous pression, pendant le temps de l'admission. La roue (6) est située entre les deux roues (chaudes) (5) et (7). Le canal d'admission (J) du compresseur (6) est fixé sur la tubulure (K), directement attaché au filtre à air (non représenté sur la figure 1), et le canal de refoulement (0) est fixé sur la tubulure ou le collecteur d'admission (N) du moteur (M). Le compresseur (6) aspire l'air (AF) par le canal d'admission (J) et le refoule par le canal de refoulement (0). La roue (chaude) (7) est montée sur le même axe (8), et au contraire de la roue (chaude) (5), qui fait tourner l'assemblage « turbo-compresseur-aspirateur » (B), est une roue aspiratrice destinée à créer une dépression dans la tubulure ou dans le collecteur d'échappement (R).
Pendant la course d'échappement, la deuxième soupape d'échappement (2B) s'ouvre tandis que la première soupape d'échappement (2A) se ferme (figure 3). Les trois roues (5), (6) et (7) sont encore en rotation grâce à l'inertie de l'assemblage « turbo-compresseur- aspirateur » (B). La roue (chaude) aspiratrice (7), en rotation, engendre une dépression à l'intérieur du canal d'admission (U) et aspire le mélange des gaz de combustion (EA) et des gaz brûlés (EC), à l'intérieur de la tubulure ou du collecteur d'échappement (R), et aussi, à l'intérieur du deuxième canal d'échappement (3B), puis, les refoule ensuite par le canal de refoulement (T) vers le pot collectif d'échappement (H).
Le mouvement du piston (9) dans le cylindre (1), du point mort bas (P.M.B) au point mort haut (P. M. H), s'effectue sans contre-pression. Cette méthode permet d'utiliser la détente allongée des gaz de combustion au moment du temps moteur (inflammation-détente) pour faire une dépression dans le cylindre (1) au moment du temps d'échappement.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le moteur (M) à quatre temps, équipé d'un dispositif aérodynamique (A) et d'un assemblage mécanique « turbo-compresseur- aspirateur » (B), qui réalise les quatre phases de piston (9), soit deux tours de vilebrequin, peut être transformé en un moteur à deux temps, qui réalise les quatre phases du cycle en deux courses de piston (9), soit un tours de vilebrequin. Une simple modification du système de distribution, qui assure l'entrée et la sortie des gaz dans le cylindre (1) peut supprimer la course d'admission et la course d'échappement du piston (9). En modifiant le réglage et le calage de la distribution du moteur (M), le moment et la durée de l'ouverture et de la fermeture des soupapes d'échappement (2A) et (2B) et de la soupape d'admission (non représentée sur la figurel) se fait d'une manière différente, par rapport à un moteur à quatre temps. Vers la fin de la course de détente, la première soupape d'échappement (2A) est ouverte, va permettre d'envoyer une partie (EA) des gaz de combustion (détente allongée) (E) vers les deux canaux (Al) et (A2) du dispositif d'aspiration aérodynamique (A), et l'autre partie (EB) des gaz de combustion (E) vers la turbine motrice (5) de l'assemblage mécanique « turbo-compresseur-aspirateur » (B) à travers le canal (A3). Le dispositif aérodynamique (A) et l'assemblage mécanique (B), réalisent une dépression à l'intérieur du deuxième canal d'échappement (3B) du dispositif aérodynamique (A), et à l'intérieur de la tubulure ou le collecteur d'échappement (R).
Au début de la course ascendante du piston (9) dans le cylindre (1) la première soupape d'échappement (2A) se ferme tandis que la deuxième soupape d'échappement (2B) s'ouvre, et à cause de la différence de pression entre la pression qui règne dans la tubulure ou le collecteur d'échappement (R) et la pression qui règne dans le cylindre (1), les gaz brûlés (EC) s'évacuent librement du cylindre (1) à travers le deuxième canal d'échappement (3B). L'assemblage « turbo-compresseur-aspirateur » (B) étant en rotation à grande vitesse, l'évacuation par aspiration des gaz brûlés (EC) continue, jusqu'au moment de l'ouverture de la soupape d'admission (non représentée sur la figure 1) pendant lequel il y a évacuation des gaz brûlés (EC) par aspiration et par balayage, puisque la roue du compresseur (6) refoule l'air (AF), sous pression, vers la tubulure ou le collecteur d'admission (M). A ce moment-là, la deuxième soupape d'échappement (2B) se ferme tandis que la soupape d'admission reste ouverte, la roue (froide) du compresseur (6) de l'assemblage « turbo-compresseur- aspirateur » (B), en rotation, pousse l'air (AF), sous pression, dans le cylindre (1). Pendant le reste de sa course, le piston (9) comprime l'air (AF), contenu dans le cylindre (1), et, le cycle recommence à la fin de la course.
Il faut noter que l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation. Suivant le principe de l'invention, l'aspiration par effet de trompe à l'intérieur de la culasse peut être réalisé par différentes formes de canalisations qui permettent d'augmenter la surface de contact entre les gaz de combustion (EA) et les gaz brûlés (EC). Aussi, le nombre de canaux d'échappement n'est pas limité à deux comme dans le cas des canaux (Al) et (A2), peut être supérieur à deux. Ainsi, la roue chaude (7), qui est une roue centrifuge, sur la figure 1, peut être une roue axiale à un ou à plusieurs étages ou peut être une roue centrifuge combinée à une roue axial.

Claims

Revendications:
1. Dispositif et procédé, pour moteur à combustion interne, caractérisés en ce que le moteur (M) comporte deux canaux ou chapelles d'échappement (3A) et (3B) à l'intérieur de la culasse et qui forment un dispositif d'aspiration aérodynamique (A), et, comporte, à l'extérieur de la culasse, un assemblage « turbo-compresseur-aspirateur » qui possède deux roues (chaudes) (5) et (7), et une roue (froide) (6), montées sur un axe commun (8), pour former un dispositif d'aspiration mécanique (B).
2. Dispositif et procédé selon la revendication 1, caractérisés en ce que le dispositif d'aspiration aérodynamique (A) comporte deux chapelles ou canaux d'échappement (3A) et (3B). Chaque cylindre du moteur (M) comporte, au moins, deux soupapes d'échappement. Le premier canal d'échappement (3A) se divise en trois canaux d'échappement (Al), (A2), et (A3). Les deux canaux (Al) et (A2), entrent à l'intérieur du deuxième canal d'échappement (3B), à un point (C). Le premier canal d'échappement (3A) comporte une première soupape d'échappement (2A), et le deuxième canal d'échappement (3B) comporte une deuxième soupape d'échappement (2B). Les deux canaux d'échappement (Al) et (A2) se prolongent à l'intérieur du deuxième canal d'échappement (3B) jusqu'au point (D). La paroi interne du deuxième canal d'échappement (3B), et les parois externes des deux canaux d'échappement (Al) et (A2) forment un passage (P). La première soupape d'échappement (2A) possède un guide de soupape (4A) et la deuxième soupape d'échappement (2B) possède un guide de soupape (4B) fixé sur le deuxième canal d'échappement (3B). La tige de la deuxième soupape (2B) passe à l'intérieur du deuxième canal d'échappement (3B), entre les deux canaux d'échappement (Al) et (A2). A la fin du temps inflammation-détente, la première soupape d'échappement (2A) s'ouvre au voisinage du point mort bas (P.M.B), du piston (9), sur le premier canal d'échappement (3A). Les gaz de combustion (E) (détente allongée) entrent dans le dit premier canal (3A), et se divisent en trois flux gazeux en passant dans les trois canaux d'échappement (Al), (A2), et (A3). Une partie des gaz de combustion (EA) entre dans les deux canaux d'échappement (Al) et (A2). Les deux flux gazeux (EA) sortent des deux canaux d'échappement (Al) et (A2) avec une grande vitesse d'écoulement. Lesdits flux gazeux (EA) engendrent une aspiration par effet de trompe au niveau du point (D), et créent une dépression dans le passage (P) et dans le deuxième canal d'échappement (3B). L'autre partie des gaz de combustion (EB) entre dans le troisième canal d'échappement (A3) vers la tubulure ou le collecteur d'échappement (G) qui l'envoie vers le canal de l'entrée (W) de la turbine (5).
3. Dispositif et procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisés en ce que la turbine (5) du dispositif d'aspiration mécanique (B) est actionnée par les gaz de combustion, en détente (EB), qui sont évacués, ensuite, vers le pot collectif d'échappement (H), par le canal de la sortie (Z). La turbine (5) entraîne, à l'aide d'un axe commun (8), un compresseur (6) qui aspire l'air (AF), par son canal d'admission (J), à travers la tubulure (K) arrivant du filtre à air, et le refoule, sous pression, par le canal de refoulement (0), vers la tubulure ou le collecteur d'admission (N) du moteur (M). La dite turbine (5) entraîne aussi la roue (chaude) aspiratrice (7) connectée au deuxième canal d'échappement (3B) via la tubulure ou le collecteur d'échappement (R) Au début de la course d'échappement, la deuxième soupape d'échappement (2B) s'ouvre, tandis que la première soupape d'échappement (2A) se ferme. L'assemblage « Turbo-compresseur-aspirateur » (B) est encore en rotation grâce à son inertie, la roue (chaude) (7) effectue une aspiration à l'intérieur du canal d'admission (U), ce qui engendre une dépression à l'intérieur de la tubulure ou le collecteur d'échappement (R). Les gaz brûlés (EC) s'évacuent librement du cylindre (1) à travers le canal de sortie (F) du deuxième canal d'échappement (3B). La turbine (7) évacue, ensuite, le mélange des gaz de combustion (EA) et les gaz brûlés (EC), par le canal de refoulement (T), vers le pot collectif d'échappement (H).
4. Dispositif et procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisés en ce que le moteur à quatre temps (M), équipé d'un dispositif d'aspiration aérodynamique (A), et d'un assemblage « Turbo-compresseur-aspirateur » (B), qui réalise les quatre phases du cycle en quatre course du piston (9), soit deux tours de vilebrequin, peut être transformé en un moteur à deux temps. Vers la fin de la course de détente, la première soupape d'échappement (2A) s'ouvre permettant l'envoie d'une partie (EA) des gaz de combustion (E) vers le dispositif aérodynamique (A), et une autre partie (EB) vers la turbine (5) de L'assemblage mécanique « Turbo-compresseur-aspirateur » (B). Les dispositifs d'aspiration (A) et (B) engendrent une dépression à l'intérieur du deuxième canal d'échappement (3B) et à l'intérieur de la tubulure ou le collecteur d'échappement (R). Au début de la course ascendante du piston (9) dans le cylindre (1), la deuxième soupape d'échappement (2B) s'ouvre tandis que la première soupape d'échappement (2A) se ferme. Les gaz brûlés (EC) s'évacuent librement par le deuxième canal d'échappement (3B) et par la tubulure ou le collecteur d'échappement (R) vers le canal d'admission (U) de la turbine aspiratrice (7). L'évacuation des gaz brûlés (EC) par aspiration continue jusqu'au moment de l'ouverture de la soupape d'admission du cylindre (1) (non représentée sur la figure 1). Pendant ce temps, il y a évacuation par aspiration et par balayage des gaz brûlés (EC), suivie peu après, de la fermeture de la deuxième soupape d'échappement (2B). A ce moment-là, la soupape d'admission reste ouverte, la roue du compresseur (6) pousse l'air (AF), sous pression, dans le cylindre (1). Pendant le reste de sa course, le piston (9) comprime l'air (AF) contenu dans le cylindre (1). Vers la fin de la course le cycle recommence.
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