FR2536459A1 - Procede et circuit de refroidissement par ebullition pour moteur a combustion interne - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT PAR EBULLITION. ELLE SE RAPPORTE A UN PROCEDE SELON LEQUEL LES POINTS CHAUDS DES CHAMBRES DE COMBUSTION SONT SUPPRIMES, ET LA TEMPERATURE MOYENNE DANS LE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE EST ACCRUE PAR UTILISATION D'UN REFROIDISSEMENT PAR EBULLITION AU COURS DUQUEL UN LIQUIDE ORGANIQUE A TEMPERATURE ELEVEE DE SATURATION ET DE POIDS MOLECULAIRE ELEVE EST TRANSMIS A LA DOUBLE ENVELOPPE 26 DE LA CULASSE DU MOTEUR TOTALEMENT SOUS FORME LIQUIDE, SI BIEN QUE LE TRANSFERT DE CHALEUR DE LA CULASSE AU FLUIDE DE REFROIDISSEMENT EST EXCELLENT. APPLICATION AUX MOTEURS A COMBUSTION INTERNE.

Description

La présente invention concerne un procédé et un circuit de refroidissement

d'un moteur à combustion interne, assurant une augmentation importante du rendement du moteur et réduisant

les émissions indésirables de celui-ci, le circuit étant de fabrica-

tion, de montage et d'entretien moins coûteux que ceux des circuits classiques de refroidissement Le circuit rend aussi possible une amélioration du coefficient aérodynamique des véhicules par réduction importante ou élimination de la traînée dae à l'admission

d'air de refroidissement.

On sait que le rendement d'un moteur à combustion interne varie beaucoup avec la température C'est pour cette raison qu'une modification importante du circuit de refroidissement d'un moteur peut avoir un effet primordial sur les caractéristiques données par le moteur En général, les moteurs à combustion interne, qu'ils soient du type diesel ou à allumage par bougies, sont des "moteurs

thermiques" et ont un meilleur rendement lorsqu'ils sont chauds.

En conséquence, les techniques actuelles de réalisation tendent à l'obtention de températures, au niveau des parois des alésages des cylindres, qui sont aussi élevées que possible Pour cette

raison, les circuits actuels à liquide de refroidissement fonc-

tionnent sous pression La pression élève la température d'ébullition du liquide si bien que le fluide de refroidissement peut être

utilisé à des températures accrues sans "ébullition".

Cependant, dans les circuits classiques de refroidissement, l'utilisation de températures élevées dans l'alésage présente un inconvénient, car les températures de la culasse augmentent aussi Ce phénomène a tendance à provoquer un allumage prématuré

de la charge combustible, que la plupart des conducteurs connais-

sent sous le nom de "cliquetis", avec une détérioration thermique localisée telle que des fissurations du métal on obtient d'autres informations sur l'effet de la température par considération de l'utilisation de l'énergie du carburant transmis au moteur d'une automobile Cette utilisation est sensiblement la suivante évacuation de chaleur dans les gaz d'échappement 33 % évacuation de chaleur par refroidissement du moteur 29 % puissance indiquée: 38 % La puissance indiquée est en partie consommée par le pompage des gaz vers les chambres de combustion, dans celles-ci et hors de celles-ci et hors de la tubulure d'échappement ( 6 % de l'énergie totale fournie), par le frottement des segments des pistons ( 3 %) et par d'autres frottements du moteur ( 4 %), si bien que la puissance au frein du moteur correspond à 25 % seulement

de la puissance consommée Dans le cas des automobiles, qui cons-

tituent de loin la plus grande application des moteurs à combustion interne, la moitié seulement environ de la puissance au frein est finalement utilisée pour le déplacement de l'automobile L'autre moitié est perdue lors des ralentissements, de la marche au ralenti et du freinage, dans les frottements de la transmission et sous

forme d'autres pertes ainsi que pour l'alimentation des accessoires.

La moitié environ de l'énergie parvenant aux roues est utilisée pour compenser la traînée aérodynamique et le reste pour les phénomènes

d'hystérésis et de frottement des pneumatiques.

La température du moteur affecte l'évacuation de chaleur

par refroidissement des cylindres et le rendement du cycle thermo-

dynamique de diverses manières La température du moteur affecte aussi les pertes par frottement Dans les véhicules classiques ayant un radiateur refroidi par circulation d'un courant d'air ambiant,

la trainée aérodynamique est accrue par rapport à celle de configura-

tions de carrosseries plus efficaces qui pourraient être utilisées si l'admission d'air de refroidissement destiné au radiateur était éliminée. La fonction essentielle d'un circuit de refroidissement de moteur est le maintien de celui-ci entre des limites maximale et minimale de température, pour des charges variables et dans

des conditions ambiantes variables.

Le processus de combustion dans un moteur provoque l'existence de températures excessivement élevées autour des zones d'allumage du mélange, normalement dans la partie supérieure de la chambre de combustion dans les moteurs à pistons, et au voisinage

des surfaces de la lumière et du siège des soupapes d'échappement.

Les températures excessives dans ces zones provoquent un allumage en surface si bien que le moteur cliquette, le matériau du moteur

peut présenter des défaillances mécaniques, et les émissions d'hydro-

carbures HC et d'oxydes d'azote NO augmentent Un refroidissement

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excessif du moteur a un effet nuisible sur la consommation de carbu-

rant, les émissions dans les gaz d'échappement des hydrocarbures et de l'oxyde de carbone, les dépôts et les caractéristiques de conduite du véhicule Des différences de températures dans le moteur provoquent des déformations thermiques et l'application de contraintes si bien que le moteur s'use, présente des fuites

et des pannes Le circuit idéal de refroidissement donne en consé-

quence un compromis entre ces différents facteurs afin que la

température maintenue soit suffisamment élevée pour qu'elle favo-

rise l'économie de caburant, qu'elle réduise au minimum les émissions, qu'elle maintienne des caractéristiques convenables de conduite, etc, tout en étant suffisamment faible pour que l'auto-allumage et les pannes mécaniques soient évités, la température devant être suffisamment uniforme pour que les déformations thermiques

et les problèmes résultants soient éliminés.

En plus des critères de refroidissement d'un moteur fonctionnant dans des conditions de régime permanent, comme décrit précédemment, un circuit de refroidissement doit satisfaire à d'autres critères qui compliquent la réalisation La température

du moteur a tendance à augmenter lorsque la charge du moteur augmente.

ces augmentations de charge peuvent être dues à une augmentation de la vitesse, à une modification de la qualité de la route, à une augmentation du poids du véhicule ou à de nombreuses autres causes En outre, l'augmentation de la température ambiante a un effet nuisible sur la température du moteur puisque la différence de températures entre le moteur et l'air de refroidissement est réduite Pour toutes ces raisons,un circuit de refroidissement qui peut maintenir une température uniforme malgré la variation de la charge du moteur et des conditions ambiantes, est extrêmement

souhaitable.

Des paramètres déterminés par la conception du moteur sont le transfert de chaleur par rayonnement et convection, des gaz de combustion vers les parois de la chambre de combustion, le transfert de chaleur par combustion, à travers les parois des chambres de combustion vers d'autres parties du moteur, ainsi que la surface de transfert de chaleur entre le métal du moteur et le circuit de refroidissement Sous cette forme, ces facteurs ne dépendent pas de la conception du circuit de refroidissement lui-nême, et on suppose qu'ils sont constants pour la comparaison

des divers types de circuits de refroidissement.

On considère d 'abord les circuits de refroidissement

par air.

Etant donné le faible coefficient de transfert de chaleur de l'air, il faut un volume important d'air-s'écoulant sur la surface de transfert de chaleur pour que la température soit réduite

dans un moteur Ce procédé de refroidissement ne donne pas satisfac-

tion en général dans un moteur d'automobile étant donné les grandes variations des conditions ambiantes, par exemple de la température ambiante et de la vitesse du véhicule, et des vitesses du moteur

ainsi que de la difficulté du réglage de la température du moteur.

Lorsque la vitesse du véhicule augmente, le volume d'air qui s'écoule sur le moteur augmente aussi, et lorsque la vitesse du véhicule diminue ou lorsque le véhicule s'arrête, le volume d'air, même accru par un ventilateur important, diminue; en conséquence, l'effet de refroidissement diminue En outre, les zones munies d'ailettes créent des points chauds locaux entre des points de contact entre les ailettes et les alésages Le maintien de la température du moteur entre des limites nécessaires est difficile si bien que ce procédé de refroidissement est peu efficace dans le cas des véhicules se déplaçant en surface Comme les températures de l'air à grande altitude sont très faibles, le refroidissement par air donne en général satisfaction dans le cas des aéronefs, bien que le refroidissement par un liquide des moteurs d'aéronefs

présente aussi certains avantages.

On considère maintenant les circuits de refroidissement

par un liquide.

Le circuit de refroidissement par un liquide est celui qui est le plus couramment utilisé pour le réglage de la température dans les moteurs à combustion interne Les circuits classiques de refroidissement par un liquide fonctionnent sous pression, avec circulation forcée d'un liquide de refroidissement sous la commande d'une pompe entraînée par le moteur Les circuits en boucles fermées font circuler le liquide de refroidissement entre la double enveloppe de circulation d'eau du moteur dans laquelle de la chaleur est transférée au fluide de refroidissement à partir des chambres de combustion, et un radiateur dans lequel la chaleur absorbée par le fluide de refroidissement du moteur est transférée à l'air qui circule dans le radiateur Une soupape de décharge incorporée au capuchon de remplissage du radiateur est réglée à une pression suffisamment élevée pour que la température d'ébullition du fluide de refroidissement soit élevée, si bien que le liquide de refroidissement ne peut pas s'échapper dans la plage normale

de températures de fonctionnement du moteur.

Une soupape thermostatique est montée à la sortie de la double enveloppe de circulation d'eau du moteur afin que le temps de mise en température du moteur soit réduit La soupape thermostatique ne s'ouvre que lorsque la température dépasse une

valeur prédéterminée Lorsque la température du fluide de refroidis-

sement est inférieure à la valeur préréglée de la soupape thermosta-

tique, la quantité de fluide de refroidissement qui peut circuler vers le moteur ou à partir de celui-ci est faible ou nulle, si bien que la température de la partie relativement petite de la quantité totale de fluide de refroidissement qui est piégée dans la double enveloppe du moteur S 'élève rapidement, et le moteur peut avoir un fonctionnement très efficace plus tôt après un démarrage

à froid.

Bien que les circuits de refroidissement à liquide sous pression à une seule phase soient fiables et nécessitent relativement peu d'entretien, ils présentent plusieurs inconvénients propres Les coefficients de transfert de chaleur par-convection à partir des surfaces dans le cas d'un fluide en phase liquide

sont relativement faibles et varient avec la vitesse de circulation.

Dans un exemple de circuit de refroidissement d'automobile, le liquide refroidi provenant du radiateur pénètre dans la double enveloppe de circulation d'eau du moteur dans la partie inférieure avant du moteur, et le liquide chauffé quitte la partie supérieure du moteur En conséquence, les cylindres avant fonctionnent à une température inférieure à celle des cylindres arrière En autre, le maintien d'une vitesse uniforme de circulation du liquide de refroidissement dans les passages complexes de circulation formés dans la double enveloppe de refroidissement est difficile si bien que des points chauds locaux se forment dans le moteur Ces points chauds contribuent probablement à la production des oxydes d'azote

dans les gaz d'échappement du moteur.

Comme les températures les plus élevées sont formées dans les chambres de combustion à la partie supérieure des cylindres, et comme le courant de fluide de refroidissement est en général as- cendant dans le moteur, la partie supérieure de chaque cylindre est plus chaude que la partie inférieure Cette différence de températures entre le haut et le bas du cylindre provoque une déformation thermique du groupe-cylindres monobloc et de la t O culasse du moteur, si bien que la ventilation de carter et la consommation d'huile augmentent Un autre problème posé par les différences de températures entre le haut et le bas est celui du refroidissement des parois qui provoque la formation d'une couche de gaz imbrûlés sur les parois inférieures relativement froides des cylindres Ceci constitue la source d'une quantité excessive d'oxyde de carbone et d'hydrocarbures imbrûlés dans

les gaz d'échappement, tout en réduisant le rendement en carburant.

En outre, les circuits à liquide sont très sensibles aux variations

de la température ambiante, d'une manière pratiquement proportion-

nelle.

On considère maintenant les circuits de refroidissement

par évaporation.

Le refroidissement par évaporation (considéré aussi parfois comme refroidissement par ébullition ou par un liquide bouillant) des moteurs à combustion interne est connu depuis au moins 70 ans et a été l'objet de nombreux efforts pendant toutes ces années afin que le circuit mis au point satisfasse aux nombreux critères fonctionnels des circuits de refroidissement des moteurs d'une manière fiable, efficace, peu coûteuse et réalisable en pratique Malgré, tous ces efforts, le refroidissement par ébullition n'a pratiquement eu aucune application industrielle Certaines automobiles à circuit de refroidissement par ébullition ont été construites dans les années 20, et le refroidissement par ébullition a été appliqué dans une certaine mesure à des moteurs fixes, par exemple utilisés dans l'industrie du forage, pendant les vingt-cinq dernières années Néanmoins, le refroidissement par ébullition

présente certains avantages reconnus de façon générale.

L'un des avantages d'un circuit de refroidissement par ébullition est que les coefficient de transfert de chaleur par convection, lors de la vaporisation et de la condensation du fluide de refroidissement, sont supérieurs d'un facteur de l'ordre de 10 aux coefficients d'élévation de la température d'un liquide de refroidissement qui circule sans bouillir En conséquence, la température du fluide de refroidissement, dans un circuit à évaporation, a tendance a être pratiquement la même dans toutes

les parties du moteur.

Dans des exemples de circuits de refroidissement par ébullition, le liquide de refroidissement bout dans la double enveloppe de refroidissement du moteur, et le liquide vaporisé est retiré à la partie supérieure de la double enveloppe et est transmis à un condenseur ou radiateur refroidi par de l'air, soit directement soit par l'intermédiaire d'un réservoir séparateur vapeur-liquide Le condensat collecté dans un puisard raccordé au fond du condenseur est renvoyé à l'entrée de la double enveloppe de refroidissement du moteur ou vers un réservoir d'alimentation

par gravité du moteur.

Comme l'ébullition s'effectue à une température constante (dans l'hypothèse d'une pression constante) et comme les coefficients de tansfert de chaleur par convection en surface dans le cas des fluides passant à l'état vapeur sont bien supérieurs à ceux des

mêmes fluides maintenus à l'état liquide, les circuits de refroidis-

sement par ébullition permettent le maintien de la température des parois des cylindres à un valeur presque constante entre le haut et bas En outre, l'ensemble de la paroi des cylindres est habituellement relativement chaud si bien que la production, d'oxyde de carbone et des hydrocàrburés imbrûlés dans les gaz d'échappement est réduite, le frottement est aussi réduit, et l'économie de carburant est accrue Cependant, les circuits de refroidissement classiques par évaporation fonctionnant sous pression présentent plusieurs inconvénients Un problème très important est les pertes du fluide de refroidissement par pertes de vapeur par les dispositifs évents et les soupapes de décharge, dans ces circuits, ainsi que

le plus grand risque de fuite à pression élevée dans le circuit.

De nombreux circuits de refroidissement par vaporisation forment un volume excessif de vapeur afin que le moteur soit maintenu à la température voulue ( 100-1600 C) Dans un circuit à pression élevée, le condenseur dans lequel la vapeur est ramende à l'état liquide, peut limiter le débit de fluide si bien qu'il apparaît une contre-pression et une accumulation de vapeur dans la double enveloppe de refroidissement du moteur Cette contre-pression

chasse le liquide dans la double enveloppe avec la vapeur et contri-

bue à une panne du moteur par absence de refroidissement dans la région dans laquelle la vapeur a déplacé le liquide Un autre problème posé par la plupart des circuits connus est que des pompes de circulation et des ventilateurs de condenseur, de type mécanique ou électrique, sont nécessaires C'est à cause de ces problèmes ainsi que d'autres que les circuits connus de refroidissement par vaporisation n'ont pas été utilisés industriellement dans les circuits de refroidissement des moteurs d'automobiles et ont été peu utilisés dans d'autres domaines, depuis les premiers jours

du développement de l'automobile.

Il existe évidemment une littérature considérable, sous forme de brevets, d'articles techniques et de vulgarisation sur le sujet du refroidissement des moteurs à combustion interne par ébullition Un petit nombre des documents méritent une certaine

discussion dans le présent mémoire car certains des modes de réali-

sation de l'invention peuvent mettre en oeuvre certains des principes

qu'ils décrivent.

Un tel principe est l'utilisation d'un condenseur dont la surface de condensation est constituée par un panneau externe de carrosserie d'un véhicule Cette idée est proposée pour les automobiles dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 1 806 382 de Barlow du 19 mai 1931 et pour les aéronefs dans le brevets des Etats-Unis d'Amérique n'1 860 258 de Lynn et al Le brevet de Barlow décrit aussi 1 'avantage d'un tel condenseur qui élimine la nécessité de l'utilisation d'un ventilateur pour le soufflage d'air de refroidissement dans un condenseur à tube et l'avantage de la possibilité de la disposition d'un capot sur le compartiment du moteur, réduisant l'entrée de poussières et le dégagement de

fumée vers le compartiment des passagers.

Une autre caractéristique qui est utile selon l'invention est que le condenseur se trouve à un niveau supérieur à la double ' enveloppe de refroidissement du moteur et que le fluide condensé est renvoyé par gravité dans la double enveloppe Ceci élimine la nécessité d'utilisation d'une pompe Des condenseurs élevés avec retour du condensat par gravité vers le moteur sont proposés dans le brevet de Barlow et dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique

n' 3 082 753 de Bullard.

On considère maintenant le défaut fondamental des circuits connus. On considère qu'un défaut fondamental et fatal existe dans tous les circuits de refroidissement par ébullition proposés jusqu'à présent, c'est-à-dire qu'une fraction principale du fluide de refroidissement de la double enveloppe de la culasse du moteur est en phase vapeur pendant la plupart des conditions de fonctionnement

du moteur autres que la mise en température Le fluide de refroidis-

sement qui se trouve dans la double enveloppe de la culasse reçoit toujours la vapeur dégagée par le fluide qui se trouve dans le bloc Lorsque la vapeur du bloc est combinée à la grande quantité de vapeur dégagée dans la culasse, surtout autour des lumières d'échappement et près du dôme de la chambre de combustion, la quantité totale de vapeur contenue dans la double enveloppe de la culasse est si importante que le liquide disponible aux endroits o il est le plus nécessaire pour l'extraction de chaleur par vaporisation est insuffisant, et des points chauds se forment et persistent dans le dôme de la chambre de combustion La vapeur qui se trouve dans la culasse ne peut guère absorber plus de chaleur, et des cavités contenant de la vapeur tendent à se former près des régions les plus chaudes, aux endroits o elles perturbent

le plus un transfert efficace de la chaleur.

Le problème de la présence d'une quantité excessive de vapeur dans la double enveloppe de la culasse peut être surtout gênant dans les parties étroites de la double enveloppe, par exemple au-dessus des lumières d'échappement et au niveau des ouvertures par lesquelles la double enveloppe du bloc communique avec celle de la culasse Des saillies même petites présentes sur les parois de la double enveloppe dans ses passages étroits peuvent dévier le courant de liquide en formant un site d'accrochage d'une cavité

de vapeur si bien qu'un point chaud peut s'y développer et y persister.

Ces cavités contenant de la vapeur ont tendance elles-mêmes à empêcher ou dévier la circulation du liquide En conséquence, le moteur fonctionne la plupart du temps alors qu'une fraction importante de vapeur se trouve dans la double enveloppe de la culasse, et la quantité de fluide en phase liquide ne suffit pas

à un transfert efficace de chaleur.

Le fait que la plus grande partie des circuits proposés de refroidissement parébullition, utilisés jusqu'à présent, ont formé un effluent bouillant violemment à la sortie de la culasse, à un point tel qu'une grande quantité de liquide de refroidissement est chassée avec la vapeur et une séparation vapeur-liquide est nécessaire, suggère fortement la présence d'une quantité excessive de vapeur Surtout, le préallumage (cliquetis) qui est manifestement du à des points chauds, a constitué un problème chronique dans les moteurs refroidis par de la vapeur lepréallumage réduit le rendement et peut provoquer une détérioration importante du

moteur et une panne finale de celui-ci Il faut donc finalement-

un retardement de l'avance à l'allumage des bougies, permettant une telle correction, si bien que l'économie de carburant est en partie perdue Les points chauds provoquent aussi l'application de contraintes thermiques importantes qui peuvent conduire à une

fissuration de la culasse.

La présente invention concerne une solution au problème de la présence d'une quantité excessive de vapeur du fluide de refroidissement dans la culasse, cette solution convenant à de nombreux modes de réalisation En outre, l'invention rend

possible non seulement l'obtention des avantages reconnus du refroi-

dissement par ébullition mais aussi d'autres-avantages et résultats

tout à fait imprévus.

En particulier, l'invention concerne un procédé de refroidissement de moteur qui se caractérise par la transmission du fluide de refroidissement à l'état liquide, pratiquement sans vapeur, dans la double enveloppe de la culasse afin que la plus grande partie de cette enveloppe reste remplie du fluide à l'état

liquide dans toutes les conditions de fonctionnement du moteur.

Ce procédé peut être mis en oeuvre des manières suivantes.

1) Le fluide de refroidissement utilisé dans l'opération il a une température de saturation supérieure à la température la plus élevée atteinte par les parois de la double enveloppe du bloc-cylindres Dans ce mode, le procédé est mis en oeuvre grâce

à la propriété physique du fluide de refroidissement lui-même.

Ce fluide ne peut pas se vaporiser autrement que dans la culasse en conséquence, il peut être transmis à la double enveloppe de la culasse à partir de celle du bloc et pénètre dans la double enveloppe de la culasse en étant à l'état liquide Des fluides de refroidissement qui conviennent sont des liquides organiques non aqueux de poids moléculaire élevé, ayant une température de saturation dépassant 1320 C environ à la pression de mise en oeuvre du procédé, des exemples étant l'éthylèneglycol, le propylèneglycol,

l'alcool tétrahydrofurfurylique, le dipropylèneglycol, et 'le mono-

isobutyrate de 2,2,4-triméthyl-1,3 pentanediol.

2) Le fluide de refroidissement est transmis à la double enveloppe de la culasse exclusivement et directement depuis un

condenseur de vapeur qui reçoit et condense le fluide de refroidis-

sement évacué par le moteur à l'état vapeur Dans ce mode, la double enveloppe de la culasse est séparée de la double enveloppe du bloc (elle ne communique pas avec elle), ou le moteur n'a pas

de double enveloppe dans le bloc.

3) Comme dans le cas 2 qui précède, un liquide de refroi-

dissement est directement transmis à la double enveloppe de la culasse, uniquement à partir d'une chambre de condenseur La double envloppe du bloc reçoit séparément du liquide de refroidissement condensé dans la même chambre de condenseur et provenant de la

vapeur dégagée dans les doubles enveloppes du bloc et de la culasse.

4) Comme dans les cas 2 et 3 qui précèdent, un fluide de refroidissement d'appoint est directement transmis à la double enveloppe de la culasse, mais dans ce cas sous forme du condensat provenant d'une chambre de condenseur qui reçoit la vapeur uniquement de la double enveloppe de la culasse La vapeur de la double enveloppe du bloc est transmise à une seconde chambre de condenseur et le condensat est renvoyé de cette seconde chambre à la double enveloppe

du bloc En résumé, deux circuits de refroidissement par vaporisa-

tion sont utilisés, un pour le bloc et un pour la culasse.

Dans tous les modes de mise en oeuvre de l'invention, la température de saturation doit en général être aussi élevée que possible en pratique, compte tenu des conditions indésirables

qui doivent être évitées car elles concernent par exemple la durabi-

lité du moteur et des différents éléments du véhicule proches du moteur, l'efficacité et la durée du lubrifiant du moteur, et les caractéristiques du moteur, tels que l'instabilité du front de flamme et le retard à l'allumage, des réglages déraisonnables de l'allumage, un préallumage et une détonation ("cliquetis"), des émissions excessives et une perte de rendement En général, plus la température de saturation du fluide de refroidissement, jusqu'à la limite établie par les facteurs précités, et d'autres facteurs aussi probablement, et plus la température globale du moteur est élevée, la quantité de chaleur évacuée étant alors réduite En conséquence, le rendement du moteur est accru Il 1 S faut noter évidemment que différents dessins de moteurs peuvent

donner des réponses différentes à des fluides différents de refroidis-

sement, et divers compromis sont certainement possibles sinon probablespour la sélection d'un fluide de refroidissement Par exemple, les moteurs diesel ne présentent pas de préallumage comme les moteurs à allumage par bougies; en conséquence, un moteur diesel équipé d'un circuit de refroidissement selon l'invention

peut mettre en oeuvre un-fluide de refroidissement dont la températu-

re de saturation est plus élevée que celle des fluides convenant

aux moteurs à allumage par bougies.

Comme décrit précédemment rapidement, on considère que les circuits de refroidissement par ébullition destinés aux moteursa ^ ombustion interne comportent un défaut fondamental et fatal qui n'est pas reconnu, à savoir que la double enveloppe

de la culasse contient trop de vapeur et pas assez de liquide. Le fluide de refroidissement universellement proposé et utilisé dans les

circuits connus est l'eau Même avec un antigel à température élevée d'ébullition mélangé à l'eau de refroidissement, la température de saturation du fluide de refroidissement est comprise entre 104 et 1161 C, suivant la pression régnant dans le circuit On a observé que les températures du fluide de refroidissement dans le bloc étaient de 16 à 280 C supérieures à cette valeur, compte non tenu

de la chaleur évacuée par le bloc dans l'eau de la double enveloppe.

La chaleur évacuée dans cette région provoque une transformation continue du liquide en vapeur La vapeur ainsi formée remonte dans le volume de la double enveloppe autour du bloc et pénètre alors dans la double enveloppe de la culasse, en continuant à remonter jusqu'à ce qu'elle sorte à la partie supérieure de la double enveloppe de la cu-

lasse Dans la mesure o cette vapeur occupe constamment un cer-

tain volume dans la double enveloppe de la culasse, du liquide

de refroidissement est déplacé Dans certaines conditions de fonc-

tionnement, la double enveloppe de la culasse contient un rapport insuffisant du liquide à la vapeur dans des régions importantes,

et le refroidissement ne convient pas dans ces zones.

Dans le premier mode de réalisation de la présente invention décrit rapidement ci-dessus, le fluide de refroidissement transmis à la double enveloppe de la culasse est à l'état liquide étant donné que la température de saturation dépasse la température maximale des parois de la double enveloppe du bloc Des circuits prototypes de refroidissement selon l'invention ont montré que les températures près de la parois des cylindres, à pleine charge, sont de 1210 C et 1320 C environ au point mort haut lorsque le moteur fonctionne avec un liquide de refroidissement à 149 Ainsi, le fluide de refroidissement quitte la double enveloppe du bloc

et pénètre dans celle de la culasse pratiquement à l'état liquide.

En plus de la réduction de l'acuité du problème posé par une quantité excessive de vapeur dans la culasse, simplement par suppression de la pénétration de vapeur du bloc dans la culasse, l'utilisation d'un fluide de refroidissement dont la température de saturation est supérieure à la température de la double enveloppe dans le bloc présente d'autres effets avantageux importants D'abord les parois des cylindres sont plus chaudes qu'avec le refroidissement par eau (liquide ou à l'ébullition), si bien que la combustion du carburant est plus complète grâce à la réduction du refroidissement près des parois (extinction de la flamme près des parois froides du cylindre pendant la course de puissance) Les parois plus chaudes réduisent aussi l'évacuation de chaleur et augmentent le rendement thermique, avec réduction du frottement due à une réduction de la viscosité de l'huile L'alésage a un diamètre plus uniforme, du haut en bas, et a une circularité plus uniforme si bien que la ventilation de carter et l'usure des gorges des segments, des

parois des cylindres et des segments eux-mêmes sont réduites.

La température des parois reste bien au-dessus du point de rosée de la vapeur d'eau dans les gaz de combustion si bien que l'eau s ne se condense pas sur les parois du cylindre et ne peut passer

dans l'huile en formant des boues et des acides.

Le résultat de l'élévation de la température de la surface des parois des cylindres a plusieurs effets liés les uns aux autres sur la synchronisation de l'allumage, la vitesse de

la la flamme et l'indice d'octane nécessaire Normalement, les tempéra-

tures élevées du moteur dans un moteur classique à refroidissement par liquide pompé, nécessitent l'utilisation d'un carburant à indice élevé d 'octane Cependant, l'invention donne le comportement inverse Les surfaces plus chaudes des parois des cylindres ont tendance à réduire le retard à l'allumage (ainsi que la variabilité cyclique du retard à I'allumage) qui réduit notablement le temps nécessaire pour que la pression maximale à la combustion soit atteinte après l'allumage Les surfaces relativement froides de

la culasse accroissent cet effet par réduction des "points chauds".

Pour cette raison, des moteurs ayant des circuits de refroidissement selon l'invention tolèrent une avance à l'allumage considérablement accrue vers l'extrémité inférieure mais nécessitent une avance totale notablement réduite à l'extrémité supérieure, par rapport

aux moteurs refroidis de manière classique.

Lorsque la synchronisation de l'allumage est réglée de façon convenable, l'indice d'octane nécessaire à un moteur redroidi selon l'invention est en fait réduit Bien que les gaz des extrémités des cylindres soient à une température accrue, la plus grande vitesse de la flamme combinée à l'élimination des points chauds à la surface du dôme de la chambre de combustion, provoquant la détonation, assure un déplacement total du front

de flamme dans la chambre de combustion avant que le gaz de l'extré-

mité risque de présenter de l'auto-allumage En outre, la variabi-

lité cyclique très réduite du retard à l'allumage permet un fonction-

nement du moteur plus proche de la limite du cliquetis sans cliquetis occasionnel induit par un retard à l'allumage ou une combustion lente. as Le carburant liquide ne brûle pas Il est évident en conséquence que, comme le carburant est introduit dans le moteur sous forme de gouttelettes de liquide, le carburant doit être atomisé lorsqu'il est dirigé vers le collecteur d'admission à venturi, les lumières d'admission, les soupape d'admission, pendant la course d'admission, la course de compression et même pendant la combustion Habituellement, une grande partie du carburant

reste sous forme liquide au moment de l'allumage.

Ce comportement pose trois problèmes D'abord le mélange combustible qui est en phase gazeuse est plus pauvre que le rapport global air-carburant transmis par le circuit de carburant, si

bien que la température et la vitesse de flamme sont réduites.

Ensuite, la flamme nécessaire à l'atomisation du carburant liquide est tirée de la flamme dont la vitesse et la température sont abaissées Troisièmement, une partie de ce carburant liquide peut passer dans la couche froide voisine des parois et augmente la quantité de carburant qui n'est pas brûlé Lors du refroidissement selon l'invention, la température globale des alésages du moteur (volume balayé) et des canalisations d'admission est accrue, si bien que l'atomisation du carburant est plus complète avant le début de la flamme Une grande quantité d'énergie de combustion reste donc disponible pour être transformée en travail, et la quantité de carburant qui peut être présente dans la couche limite refroidie est moindre Une grande atomisation du carburant dans le collecteur d'admission donne une meilleure uniformité du rapport carburant-air entre les cylindres Cette caractéristique permet à son tour des réglages plus efficaces du mélange carburant-air, avec des caractéristiques plus satisfaisantes, avec d'autres carburants, ou toutes ces caractéristiques à la fois Une atomisation plus efficace du carburant donne un meilleur rendement d'un carburant fossile et est absolument nécessaire lors de 1 'utilisaticnr des carburants à base d'alcool ou des carburants tirés de distillats

à coupe large.

Une meilleure préparation du mélange augmente les carac-

3 téristiques de conduite et -permet au conducteur d 'utiliser 1 'accélé-

rateur d'une manière moins agressive si bien que la consommation de carburant est réduite Les moteurs équipés selon l'invention présentent une économie de carburant de 10 à-13 %, au cours d'essais

contr&lés en laboratoire.

Le refroidissement par un liquide bouillant assure une réduction très nette des émissions d'hydrocarbures imbrûlés et d'oxyde de carbone étant donné la plus faible concentration du carburant dans la couche refroidie et l'épaisseur réduite de cette couche refroidie Celle-ci est bien connue dans la technologie des moteurs et elle est décrite comme étant une couche de carburant liquide imbrûlé ayant une épaisseur comprise entre 0, 18 et 0,38 mm environ, à la surface de la paroi des cylindres Sa concentration et son épaisseur sont inversement proportionnelles à la température des parois et diminuent fortement lorsque -la tempérture des parois augmente Ceci se présente parce que, aux températures basses d'environ 82 à 930 C, la paroi du cylindre constitue un élément parasite pour la flamme de combustion, avec extraction (c'est-à-dire absorption) d'une quantité suffisante de chaleur de la flamme pour que celle-ci ne puisse pas brûler jusqu'à la surface de la paroi La température élevée de la paroi selon l'invention réduit ce phénomène parasite de la paroi des cylindresen permettant à la flamme de brûler plus près de la paroi et réduit l'épaisseur de la couche refroidie En outre, on note une réduction des émissions

d'oxyde de carbone dues à une réduction plus complète et une augmen-

tation du temps de combustion de la flamme.

Normalement, lorsque les températures des surfaces de la culasse atteignent des valeurs excessives dans un moteur ayant un circuit classique de refroidissement par liquide, les émissions des oxydes d'azote ont tendance à augmenter légèrement lorsque la température du moteur augmente, tous les autres paramètres

étant constants par ailleurs Cependant, selon l'invention, l'accrois-

sement de la '-itesse de refroidissement (capacité) de la double enveloppe de refroidissement de la culasse, derrière la surface de la chambre de combustion, permet une réduction des températures de surfaces de la chambre de combustion au niveau de la culasse, bien que la tempéature globale de fonctionnement du moteur ait été considérablement élevée, par exemple de 380 C ou plus Ceci est obtenu car la saturation de vapeur du fluide de refroidissement dans les doubles enveloppes de la culasse a été réduite à une

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valeur telle que la quantité de liquide de refroidissement sens vapeur, disponible dans les régions primordiales de refroidissement de la culasse, est suffisante pour que le transfert de chaleur soit accru d'une manière originale dans le cas du refroidissement par ébullition (avec un coefficient élevé de transfert de chaleur), si bien que ces zones primordiales sont suffisamment refroidi-es pour qu 'il ne se forme pas de points chauds sur les surfaces de

la chambre de combustion au niveau de la culasse.

Il est important, pour la réduction au minimum de la quantité de vapeur dans la double enveloppe de la culasse, qu'un ou plusieurs conduits de sortie de la double enveloppe de-la culasse soient formés avec une dimension suffisamment grande pour que la différence de pressions entre la double enveloppe et la chambre

du condenseur soit faible, de préférence inférieure à 7 k Pa environ.

En outre, on doit prendre soin d'éviter le piégeage possible de vapeur dans une région haute de la double enveloppe, dans toutes les positions de fonctionnement du moteur; dans le véhicule, cela signifie que le fonctionnement en côte et en descente doit être pris en considération Un collecteur ou au moins deux conduits

de sortie de vapeur peuvent être nécessaires dans certaines réalisa-

tions. Lorsque ces points chauds superficiels (qui peuvent parfois être chauffés au rouge) sont réduits au minimum ou éliminés, l'augmentation de la vitesse de la flamme, des températures et des pressions de combustion peut être facilement tolérée par le

moteur sans auto-allumage (détonation) ou augmentation de la concen-

tration de N Ox, si bien qu'une avance du distributeur du côté

de l'extrémité haute est moins nécessaire.

En outre, comme l'épaisseur de la couche refroidie et la quantité de carburant brute qu'elle contient sont minimaux et comme les températures des cylindres sont accrues, une plus grande partie de la fraction de carburant de la charge d'admission est brûlée, et il reste moins de carburant résiduel qui peut former des dépôts Par exemple, les moteurs selon l'invention ne présentent

pas de dépôts de carbone après fonctionnement sur 40 000 km L'élimi-

nation des dépôts de carbone (qui rougeoient aussi) réduit au minimum l'allumage précoce (préallumage) et permet des réglages d'allumage plus optimaux, par exemple une augmentation de l'avance

à l'extrémité inférieure.

Grâce à l'optimisation de la synchronisation de l'allumage, du rapport air-carburant et de la quantité de gaz d'échappement qui recircule, une réduction simultanée des trois émissions d'échap-

pement et de la consommation de carburant est obtenue.

Dans un moteur diesel, l'allumage est synchronisé par l'injection du carburant dans les chambres de combustion Des points chauds aux surfaces des chambres de combustion, bien qu'ils f G existent dans un moteur diesel refroidi de manière classique, ne provoquent un préallumage comme ils le font dans un moteur à allumage par bougies Néanmoins, les contraintes thermiques existant dans les culasses des moteurs diesel, du fait de la présence des points chauds, peuvent provoquer des détériorations dues au travail, à la fissuration et à l'érosion du matériau Ces contraintes thermiques sont réduites par élimination des points chauds grâce

à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

Les températures accrues des alésages dans les moteurs

diesel réduisent la formation des particules dans les gaz d'échap-

pement avec augmentation simultanée du rendement de conversion de l'énergie du carburant en puissance utilisable Dans les moteurs à allumage par bougies et diesel, les températures accrues dans

les alésages qui sont dues à la mise en oeuvre du procédé de l'inven-

tion donnent une plus grande puissance au moteur, et le moteur

a un fonctionnement plus propre simultanément.

Les fluides de refroidissement à températures élevées d'ébullition utilisés selon l'invention ont une chaleur molaire de vaporisation supérieure à celle de l'eau Ainsi, la quantité de vapeur produite dans la culasse est inférieure à celle qui est obtenue avec l'eau, les autres paramètres étant identiques par ailleurs Cela signifie qu'il faut moins de moles de vapeur dans la double enveloppe de la culasse pour un débit donné d'extraction de chaleur En outre, la vapeur se sépare plus facilement des parois chaudes de la double enveloppe dans le cas des fluides de refroidissement de type organique à poids moléculaire élevé que dans le cas de l'eau Ces fluides avantageux ont une tension superficielle bien inférieure Ainsi, les bulles de vapeur se séparent plus facilement de la paroi, laissant la place à du l quide de refroidissement qui vient rapidement remplir l'espace délimité

derrière les bulles qui s'échappent avec mouillage de la paroi.

En outre, le transfert de chaleur d'une surface refroidie au liquide transformé en vapeur est supérieur d'un multiple élevé lorsque

la vaporisation a lieu directement à la surface de chauffage (ébul-

lition nucléée) que lorsqu'elle a lieu par l'intermédiaire d'une couche gazeuse protectrice (ébullition en couche) Ces observations suggèrent que, par rapport l'eau, l'utilisation de fluide organique de refroidissement à température accrue de saturation facilite

la condition d'ébullition nucléée plutôt que l'ébullition en couche.

Les indications qui précèdent accroissent encore l'efficaté du refroidissement de la culasse étant donné l'existence d'un rapport considérablement accru du liquide à la vapeur dans la double enveloppe de la culasse, par rapport aux procédés connus

de refroidissement par ébullition -

Dans un mode de réalisation avantageux de circuit selon l'invention, la chambe du condenseur est réalisée afin qu'elle permette une entrée et une circulation sans obstacle de la vapeur du fluide de refroidissement de manière que la condensation rapide et efficace soit favorisée et de manière qu'elle se trouve au-dessus du moteur et permette ainsi la circulation du condensat vers le moteur par gravité Dans cette mise en oeuvre du procédé et dans modes de réalisation de l'appareil dans lesquels un condenseur haut donne des conditions favorables de circulation par convection de la vapeur et de retour par gravité du condensat, le circuit de refroidissement n'a pas de parties mobiles L'élimination d'une

pompe de fluide de refroidissement, d'un ventilateur pour le refroi-

dissement du condenseur de courroies et de dispositifs d'entraînement, de tous les thermostats et d'un échangeur de chaleur à tube dont le coût est élevé, réduit le coût le circuit par rapport à celui des circuits actuels à liquide pompé et de la plupart des circuits

connus de refroidissement par ébullition.

La chambre du condenseur peut aussi être placée au-dessous de la sortie de vapeur, mais il faut alors qu'une pompe de retour de condensat soit utilisée Cette configuration permet la disposition du condenseur à l'emplacement le plus avantageux dans un dessin particulier de véhicule, par exemple derrière le pare-chocs

d'un véhicule à moteur ou à côté du carter d'huile du moteur.

Dans ces applications, l'inconvénient de l'utilisation d'une pompe de retour de condensat peut être plus que compensé, dans un compromis, par utilisation optimale de l'espace disponible dans le véhicule, par exemple, ou par amélioration de la configuration aérodynamique du véhicule Aucun problème n'est posé par la condensation de la vapeur du fluide de refroidissement de poids moléculaire élevé, dans un condenseur placé plus bas que la région -dans laquelle la vapeur est créée, étant donné que les impuretés gazeuses de faible -poids moléculaire telles que l'air ou la vapeur d'eau, sont chassées au-dessus de la vapeur plus lourde du fluide de

refroidissement, la vapeur descendant facilement par gravité.

Au contraire, les circuits de refroidissement à vapeur de type connu posent un problème car l'air présent dans la chambre du condenseur, audessous de la sortie de vapeur, s'oppose au déplacement par la vapeur d'eau car il a un poids moléculaire plus élevé que

la vapeur d'eau.

La mise en oeuvre de l'invention à la pression ambiante ou à des pressions faibles mais plus élevées que la pression ambiante, par exemple à 35 k Pa, d'une manière avantageuse, permet l'utilisation de tuyauteries souples et de raccords peu coûteux et très faciles à installer Les risques de fuites de fluide de refroidissement sont très réduits dans un circuit à pression atmosphérique ou à basse pression et, si une fuite existe en réalité, le débit de perte de fluide de refroidissement est suffisamment faible pour que le véhicule puisse parcourir de nombreux kilomètres avant réparation, sans augmentation de la température ou détérioration du moteur Les fuites dans les tuyauteries souples et les condenseurs peuvent être réparées efficacement d'une manière temporaire au bord de la route ou à une station-service avec un ruban adhésif, et les réparations permanentes peuvent être reportées à un moment plus commode pour le propriétaire du véhicule Les réparations

sur place du condenseur, étant donné sa faible pression de fonction-

nement, peuvent être effectuées avec un-simple emplâtre époxyde

ou un ruban de résistance mécanique élevée.

L'invention est très avantageuse dans le cas des moteurs à pistons à injection de carburant et à carburateur mettant en oeuvre un cycle d'Otto, dans les moteurs diesel et dans les moteurs Wankel Tous les types de moteurs peuvent être utilisés dans tous les types de véhicules, y compris les automobiles, les camions, les aéronefs, les autorails, les locomotives, et les véhicules marins, ainsi que dans les applications fixes Les moteurs fixes peuvent nécessiter un refroidissement du condenseur par un ventilateur

si l'espace est limité ou un grand condenseur par air sans circula-

tion forcée, lorsque l'espace ne doit pas être particulièrement

économisé.

Des véhicules selon l'invention peuvent être dessinés avec une traînée aérodynamique réduite, car le radiateur classique refroidi par courant d'air qui pénètre dans une partie du véhicule peut être remplacé par un panneau externe de la carrosserie Par exemple, le nez d'une automobile ou le carénage d'un moteur d'aéronef peut être fermé afin que la traînée soit réduite, et les mêmes caractéristiques peuvent être obtenues avec un moteur plus petit

ou un même moteur peut donner de meilleures caractéristiques.

La chambre du condenseur, dans un aéronef, peut être réalisée dans la surface de l'aile et dans ce cas, elle peut assurer une

partie ou la totalité du dégivrage.

Un problème de surchauffe se pose souvent dans les moteurs d'aéronefs refroidis par un liquide lorsque l'aéronef attend avant décollage: le radiateur n'a pas la capacité suffisante de refroidissement pour les températures relativement élevées au sol et pour le débit d'air relativement faible donné par l'hélice à l'arrêt et lors du roulage au sol Le condenseur de surface peut être facilement réalisé afin qu'il corresponde aux conditions au sol, pratiquement sans augmentation de poids, et la température du moteur peut être maintenue constante lorsque l'aéronef monte vers les atmosphères ambiantes froides En fait, l'invention donne un avantage pondérai non seulement dans les aéronefs mais dans

tous les véhicules étant donné que la quantité de fluide de refroidis-

sement de remplissage est bien inférieure à celle qui est nécessaire

dans un circuit de refroidissement par liquide de capacité comparable.

Il existe des modes de mise en oeuvre préférés du procédé selon l'invention Comme indiqué précédemment, le renvoi du fluide condensé vers la double enveloppe de la culasse, par retour par gravité à partir d'une chambre d'un condenseur de vapeur dont la sortie se trouve au-dessus de la partie supérieure de la double

* enveloppe de la culasse, présente des avantages En plus de l'élimi-

nation d'une pompe, un circuit par gravité empêche le retour de vapeur vers la double enveloppe, pourvu évidemment que le condenseur ait une capacité suffisante pour qu'il condense toute la vapeur qui lui est transmise Dans de nombreux circuits proposés jusqu'à présent, la vapeur a pu être renvoyée vers la double enveloppe

avec le condensat.

L'invention concerne aussi un perfectionnement aux véhicules entraînés par un moteur à combustion interne refroidi par ébullition et qui, de manière connue, comporte une chambre à condenseur de surface, une surface de condensation de celle-ci i S étant constituée par un panneau externe d'orientation sensiblement horizontale et tournée vers le haut, dans le véhicule, ce panneau se trouvant au-dessus du niveau du moteur pour les attitudes normales du véhicule lorsqu'il fonctionne L'invention se caractérise en ce que le fluide de refroidissement est un liquide organique de poids moléculaire,élevé dont la température de saturation à pression atmosphérique n'est pas inférieure à 1320 C environ, et dont la tension superficielle, à une température de 150 C, est inférieure à 70 dynes/centimètre environ Des exemples de tels

fluides de refroidissement sont indiqués précédemment.

Dans un mode de réalisation, l'invention se caractérise en outre en ce que des doubles enveloppes séparées de circulation du fluide de refroidissement sont formées pour le bloc et pour

la culasse, et deux circuits de circulation de fluide de refroi-

dissement sont disposés l'un entre la double enveloppe du bloc et la chambre du condenseur et l'autre entre la double enveloppe

de la culasse et la chambre du condenseur.

Dans un autre mode de réalisation, l'invention comporte une seconde chambre à condenseur de surface dont des surfaces de condensation comprennent un panneau externe de la carrosserie d'un véhicule, placé à un niveau supérieur à celui du moteur pour

toutes les attitudes normales du véhicule pendant le fonctionnement.

Les doubles enveloppes séparées de circulation du fluide de refroidis-

sement sont disposées dans le bloc et la culasse, et les circuits de circulation de fluide de refroidissement sont séparés, l'un étant formé entre la première chambre et la double enveloppe du bloc et l'autre entre la seconde chambre et la double enveloppe de la culasse. Dans un autre mode de réalisation, le bloc n'a aucune double enveloppe de circulation de fluide de refroidissement, et les conduits d'entrée et de sortie sont tous deux raccordés

entre la chambre du condenseur et la double enveloppe de la culasse.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre

d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur) lesquels la figure 1 est une coupe schématique de bout d'un moteur à pistons, comprenant un mode de réalisation de circuit de refroidissement selon l'invention; la figure 2 est une coupe schématique de bout d'un moteur à pistons selon un autre mode de réalisation de l'invention la figure 3 est une coupe de bout sous forme schématique d'un moteur à pistons ayant un troisième mode de réalisation de l'invention; la figure 4 est une coupe de bout sous forme schématique d'un moteur à pistons muni d'un quatrième mode de réalisation de l'invention; la figure 5 est une coupe de bout, sous forme schématique d'un moteur Wankel ayant un circuit de refroidissement par ébullition selon l'invention; la figure 6 est une élévation latérale schématique

de l'extrémité avant d'une automobile ayant un circuit de refroidis-

sement; et la figure 7 est une élévation schématique de l'extrémité

avant d'un aéronef ayant un circuit de refroidissement.

Les schémas des figures 1 à 4 qui représentent des moteurs à pistons sont des exemples de moteurs à pistons connus,

qu'il s'agisse de moteurs à essence à cycle d'Otto ou diesel.

Sur les figures 1 à 4, les principaux éléments correspondants du moteur portent les mêmes références numériques Ces éléments essentiels comportent un carter d'huile 10, un groupe-cylindres monobloc ou "bloc" 12 ayant un ou plusieurs cylindres 14 dans lesquels des pistons 16 se déplacent sur une course déterminée par un vilebrequin (non représenté) et une bielle 18 Chaque cylindre 14 est entouré par une double enveloppe 20 du bloc Une culasse 22 est boulonnée sur le bloc 12 et coopère-de façon étanche avec celui-ci par l'intermédiaire d'une garniture 24 de culasse La culasse 22 a une double enveloppe 26 Par raison de simplicité, on n'a pas représenté les soupapes d'admission et d'échappement et les lumières d'admission et d'échappement La référence 28

représente le couvercle protégeant les soupapes.

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, la double enveloppe 20 du bloc communique avec la double enveloppe 26 de la culasse par des passages 30 Un conduit 32 est raccordé à la partie supérieure de la double enveloppe 26 de la culasse et à une chambre 34 de condenseur dont la paroi supérieure est un panneau 36 d'un matériau dont la conductibilité thermique est relativement élevée Tout métal donne parfaitement satisfaction, et on peut aussi utiliser une matière plastique imprégnée d'une

poudre métallique qui lui donne une bonne conductibilité thermique. Cette forme de chambre d'échangeur de chaleur présente des avantages dans

les véhicules tels que les automobiles, les camions, les aéronefs, les locomotives et analogues, car le panneau 36 peut être un panneau externe de la carrosserie du véhicule et il est ainsi exposé à un courant d'air lorsque le véhicule se déplace, l'extraction de chaleur étant alors accrue La chambre 34 est en outre délimitée par un organe 38 en forme de cuvette qui est convenablement raccodé au panneau 36 d'une manière étanche Cette cuvette 38 peut par exemple être solidement fixée au panneau 36 par une colle et un bord roulé et serti L'organe ou cuvette 38

doit avoir une conductibilité thermique élevée afin que la condensa-

tion de la vapeur soit favorisée La cuvette 38 de la chambre 34 a une partie 40 formant collecteur et un conduit 42 de retour de condensat part de la partie formant collecteur et rejoint la

partie inférieure de la double enveloppe 20 du bloc.

Un conduit unique partant de la partie supérieure de la culasse et rejoignant un point bas du condenseur se trouvant au-dessus de la culasse peut être utilisé à la fois pour les fonctions d'évacuation de vapeur et de retour de condensat à la place d'un conduit de sortie de vapeur et d'un conduit séparé de retour de condensat Cet arrangement est représenté sur la figure 6 et il est décrit dans la suite du présent mémoire. Les doubles enveloppes 20 et 26 de circulation du fluide de refroidissement et les circuits 32 et 42 sont remplis du fluide de refroidissement jusqu'à un niveau qui se trouve peu au-dessus de la partie supérieure de la double enveloppe 26 de la culasse comme indiqué par le trait interrompu A sur la figure 1 Lorsque le moteur s'échauffe, le fluide de refroidissement se dilate, en général d'environ 2 à 4 %, si bien que son niveau, lorsque le moteur est en température, atteint le trait interrompu B La quantité de fluide de refroidissement nécessaire dans un circuit de refroidissement selon l'invention est bien inférieure à celle qui est nécessaire dans un circuit de refroidissement à pompage de liquide, étant donné que le condenseur ne contient jamais qu'une très petite quantité de fluide Dans un exemple de moteur à quatre cylindres par exemple, la quantité totale de fluide de refroidissement correspond à environ 3,2 litres Etant donné la quantité réduite de fluide de refroidissement, la masse de ce fluide présent pour l'extraction de la chaleur du moteur pendant la mise en température est réduite et le moteur s'échauffe rapidement En outre, cet échauffement est plus régulier que dans le cas d'un circuit de pompage d'un liquide étant donné qu'aucun thermostat ou élément équivalent ne provoque des variations de débit et en conséquence de la température du fluide renvoyé au moteur par le radiateur, et n'a donc tendance à modifier la vitesse de mise en température lorsque le thermostat s'ouvre pendant la phase d'échauffement du moteur On sait que le temps de mise en température, lors du fonctionnement des-moteurs à combustion interne, est une période de fonctionnement avec un mauvais rendement et correspond à un fonctionnement mécaniquement sévère du moteur Un échauffement rapide et régulier du moteur, rendu possible par le procédé de refroidissement selon l'invention, augmente le rendement du moteur,

surtout par temps froid, et réduit son usure.

Lors d'un démarrage à froid, le fluide de la double enveloppe 26 s'échauffe très rapidement, en une ou deux minutes par exemple, suivant les conditions ambiantes Lorsque la chaleur est évacuée par le moteur et transmise au circuit de refroidissement, la température du fluide peut continuer à s'élever jusqu'à la température d'ébullition A ce moment, la température du moteur

se stabilise car la température du fluide ne peut plus augmenter.

Une quantité supplémentaire de chaleur du moteur évacuée dans le circuit de refroidissement provoque alors une vaporisation du liquide La vapeur est retirée par convection de la zone dans la laquelle elle est formée si bien que le liquide peut occuper son emplacement précédent La chaleur contenue dans la vapeur est rejetée à travers les parois -exposées 36 et 38 de la chambre du

condenseur lorsque la vapeur se condense et forme un liquide.

Etant donné que les fluides de refroidissement utilisés dans le procédé de l'invention possèdent une température élevée de saturation, un poids moléculaire élevé et une faible tension superficielle, plusieurs avantages assurent un refroidissement efficace de la culasse D'abord, la faible tension superficielle < 70 dynes/cm) ne permet la formation que de petites bulles de vapeur et facilite l'extraction des petites bulles des parois internes de la double enveloppe 26 Plus cette tension superficielle est faible et

plus les conditions sont bonnes Dans le cas d'un fluide de refroidis-

sement ayant une température élevée de saturation et dont la tension supérieure est inférieure à celle de l'eau, lorsqu'elle est mesurée à 15 'C et compte tenu du fait que la tension superficielle diminue en fonction de l'augimntation de température et que la température de saturation du fluide avantageux est nettement supérieure à celle de l'eau, la tension superficielle du fluide de refroidissement en cours d'utilisation est très inférieure à celle de l'eau à la températue de saturation Du fait de cette tension superficielle notablement réduite, une plus grande quantité de la surface du métal est mouillée par le fluide à l'état liquide, et le transfert

de chale-ur des parois vers le fluide est plus efficace.

Un second avantage de ces fluides de refroidissement est la faible différence de température entre la -température de saturation du fluide et du températue du métal de la culasse, si bien que l'ébullition nucléée est fortement accrue et l'ébullition en couche est réduite Le débit de transfert de chaleur, dans le cas d'une ébullition nucléée, est bien supérieur à celui qui est-obtenu dans le cas d'une ébullition en couche Ainsi, la vitesse d'extraction de chaleur par vaporisation du fluide de refroidissement est accrue grâce à l'utilisation d'un fluide à température élevée d'ébullition, de poids moléculaire élevé et de faible tension

superficielle par rapport à l'eau.

Des essais ont montré que les températures mesurées sur les surfaces externes, à proximité des zones d'échauffement important de la culasse, refroidies par de l'éthylèneglycol ou du propylèneglycol dans un circuit représenté sur la figure 1, sont inférieures d'environ 17 'C à la température mesurée à un même emplacement dans la culasse, pour un même moteur refroidi par un fluide classique de refroidissement contenant de l'eau et un antigel liquide, dans le cas d'un circuit classique de refroidissement à pompe de liquide La différence entre la température dessurfaces internes de la culasse, lors de la mise en oeuvre de l'invention et dans un circuit classique, peut être encore plus grande On considère que la réduction de la température assure un échange de chaleur bien plus efficace entre le métal de la culasse et

le fluide de refroidissement, lors de la mise en oeuvre de l'invention.

Une partie considérable de l'ébullition s'effectue probablement dans la double enveloppe de la culasse dans les moteurs connus à refroidissement par un liquide, à certaines interfaces

entre le métal et le liquide de refroidissement A certains empla-

cements, la vapeur ainsi formée est piégée, et le débit de transfert de chaleur du métal au liquide devient très peu efficace à cause

de la présence d'une barrière de vapeur entre le métal et le liquide.

Les conditions de tempéature moyenne dans la culasse sont donc

supérieures à celles qui existent selon l'invention Cette ébul-

lition dans la culasse existe surtout autour des passages d'échap-

pement et près des sièges des soupapes d'échappement dans un moteur refroidi par un liquide d'une-manière classique Dans le cas des fluides utilisés selon l'invention, la vapeur quitte plus facilement la paroi et est plus facilement remplacée par un liquide si bien

que le transfert de chaleur est amélioré.

Un troisième avantage du fluide de refroidissement à température élevée de saturation et de poids moléculaire élevé, lors de la mise en oeuvre du procédé de l'invention, est que le nombre de moles de vapeur émis pour une quantité donnée de chaleur évacuée peut être nettement inférieur au nombre de moles de vapeur d'eau nécessaires pour une même évacuation de chaleur dans le cas d'un moteur refroidi par de l'eau à l'ébullition Une réduction de la quantité de vapeur produite est avantageuse car-elle représente une réduction du rapport de la vapeur au liquide dans le circuit,

c'est-à-dire dans la double enveloppe les conduits et les condenseurs.

1 o De nombreux liquides organiques ont des chaleurs molaires de vapori-

sation supérieures à celles de l'eau et à 41 100 J/mole Ainsi, le propylèneglycol a une chaleur molaire de vaporisation supérieure

d'environ 20 % à celle de l'eau En conséquence, le propylène-

glycol ne forme qu'environ 80 % de moles de vapeur par rapport

aux moles d'eau pour l'extraction d'une même quantité de chaleur.

Les fluides de refroidissement utilisés selon l'invention ont des températures de saturation supérieures aux températures observées sur la plupart des surfaces internes de la double enveloppe du bloc Cela signifie que la quantité de vapeur produite dans la double enveloppe du bloc est faible ou nulle, que de la vapeur qui peut être formée se recondense rapidement, et que le fluide transmis de la double enveloppe du bloc à celle de la culasse est pratiquement dépourvu de vapeur et se trouve donc dans un état très avantageux pour un transfert efficace de chaleur En résumé, la double enveloppe de la culasse ne doit pas jouer le rôle d'un conduit de vapeur à partir du bloc, ni un réservoir temporaire de la vapeur créée dans la double enveloppe de la culasse elle-même, si bien que la quantité de vapeur présente dans la culasse est bien inférieure à celle qui est présente dans un circuit 3 Q de refroidissement par ébullition mettant en oeuvre un fluide aqueux. La vapeur du fluide-de refroidissement, formée dans la double enveloppe 26 de la culasse remonte jusqu'à la partie supérieure de la double enveloppe et est évacuée par un ou plusieurs conduits 32 d'évacuation de vapeur, puis elle parvient dans le condenseur 38 et remonte par convection et du fait de son énergie cinétique jusqu'à la paroi supérieure 36 du condenseur qui conduit bien la chaleur Pour des quantités relativement faibles de vapeur dégagées par la double enveloppe 26, une petite fraction seulement de la surface totale du condenseur parait être en contact avec la vapeur Les véhicules ayant un circuit de refroidissement dans lequel le condenseur est formé par la totalité du capot présentent un chauffage important de la surface du capot uniquement sur une

partie comprise entre le quart et la moitié de la surface totale.

On peut conclure de ces observations qu'une chambre de condenseur

dans laquelle toute la surface du panneau 36 du capot et de la -

cuvette inférieure 38 est disponible comme surface de condensation de la vapeur, permet la condensation d'une quantité de vapeur aussi grande que le moteur peut en former dans toutes les conditions de température et pour toutes les charges en cours de fonctionnement,

à l'exception éventuellement de circonstances extrêmes de fonction-

nement prolongé à pleine charge du moteur, aux faibles vitesses du véhicule, sous un soleil brillant direct, car le chauffage de la surface du capot par le soleil peut réduire considérablement la capacité de condensation du capot du véhicule Ces conditions

extrêmes peuvent même être subies lorsqu'un revêtement réfléchis-

sant transparent unidirectionnel de type solaire est appliqué sur le capot, ou lorsque l'utilisation de couleurs sombres et

absorbant la chaleur est évitée pour le capot d'un véhicule fonction-

nant dans des conditions difficiles.

Au contact des parois du condenseur, la vapeur se condense.

I La configuration et l'orientation de la cuvette 38 doivent être

telles que le fluide condensé puisse s'écouler d'une manière raison-

nablement rapide vers le collecteur 40 et puisse être renvoyé

par gravité par le conduit 42 de retour vers la double enveloppe.

Un retour rapide du fluide vers le moteur est particulièrement souhaitable aux températures ambiantes faibles, afin que le condensat ne puisse subir un refroidissement important avant d'atteindre la double enveloppe Dans le cas contraire, une partie de la double enveloppe pourrait recevoir un condensat excessivement refroidi, avec augmentation du gradient de température dans les parois des cylindres et réduction dans une certaine mesure des avantages de l'invention, dus en partie à la présence de températures uniformes

sur toute la hauteur des parois des cylindres.

Un circuit de refroidissement réalisé de manière qu'il mette en oeuvre le procédé de l'invention, par utilisation d'un fluide de refroidissement non aqueux, de poids moléculaire élevé et à tempérture élevée d'ébullition, peut être réalisé afin qu'il fonctionne avec une chambre de condenseur reliée à l'atmosphère

ou dans un circuit totalement fermé Dans ce dernier cas, la diffé-

rence de pression entre l'intérieur du condenseur et l'extérieur de celuici, est fonction de la température moyenne du volume enfermé à toute pression ambiante donnée La température moyenne la du volume entouré dépend de la quantité et de la température de la valeur introduite, de l'efficacité du transfert de chaleur du condenseur et du volume total entouré par le condenseur Des soupapes de décharge fonctionnant en surpression et en dépression sont incorporées à un circuit fermé afin qu'elles compensent les variations d'altitude ou protègent le circuit lorsque des impuretés volatiles telles que l'eau sont présentes ou introduites dans

le fluide de refroidissement.

Lorsque le circuit fonctionne alors que le condenseur est relié-à l'atmosphère, l'évent doit être placé à un endroit froid distant de l'entrée ou des entrées de vapeur et dans une partie supérieure de la chambre du condenseur Comme les fluides préférés de refroidissement utilisés selon l'invention ont un poids moléculaire élevé (supérieur à 60) , et comme la vapeur est lourde par rapport à l'air (pm = 28) et par rapport à la vapeur d'eau (pm = 18), les principales impuretés (air et vapeur d'eau) sont chassées par la vapeur plus lourde du fluide de refroidissement

et sont évacuées par le dispositif évent.

Des moteurs ayant le circuit représenté sur la figure 1 et fonctionnant avec des fluides de refroidissement de poids moléculaire élevé et de température élevée d'ébullition ont montré une réduction des points chauds, de la détonation et du préallumage, et une réduction considérable du gradient de température entre le haut et le bas du moteur, une augmentation de la distance parcourue

pour une même quantité de carburant, et une réduction des émissions.

Etant donné la température élevée et de répartition plus régulière dans les alésages, la lubrification du moteur a une plus grande efficacité, l'usure est ainsi réduite et le carburant est mieux économisé Etant donné les températures élevées des alésages dans le bloc, la contamination par l'eau, la formation de boues et

la formation d'acides dans l'huile lubrifiante sont réduites.

Les moteurs sont pratiquement dépourvus de tout cliquetis audible.

La chambre du condenseur elle-même peut être réalisée de diverses manières afin qu'elle soit rigide La cuvette a des nervures de renforcement, ayant de nombreux orifices permettant

un déplacement libre de la vapeur et du liquide dans la chambre.

La cuvette peut être raccordée de toute manière convenable au

panneau externe de la carrosserie qui forme la surface de condensa-

tion Les adhésifs modernes conviennent parfaitement au raccordement et à la fixation étanche de la cuvette à la surface de la carrosserie

par utilisation de bords roulés et sertis.

Des circuits destinés à des véhicules ont des conduits de circulation de vapeur et de condensat et un condenseur qui assurent l'enlèvement de la vapeur du point le plus haut de la double enveloppe de la culasse et le renvoi du condensat du point le plus bas du condenseur pour toutes les attitudes normales de fonctionnement du véhicule Dans certains, cette disposition nécessité la présence d'au moins deux conduits 32 d'évacuation de vapeur rejoignant le condenseur et d'au moins deux conduits de retour partant du condenseur et revenant au moteur, si bien que le circuit forme des trajets de circulation convenable de la vapeur et du condensat dans le circuit de circulation à la fois en côte et en descente Dans d'autres cas, l'utilisation d'un même conduit ou des mêmes conduits pour la vapeur partant du moteur et rejoignant

la chambre du condenseur et pour le renvoi du condensat du conden-

seur au moteur peuvent suffire Ainsi, un seul conduit transmettant la vapeur de la partie supérieure de la double enveloppe de la culasse au collecteur, dans la partie inférieure avant d'un condenseur, réalisé dans un capot incliné d'automobile, peut aussi transmettre

le condensat dans l'autre sens.

La configuration géométrique du circuit doit aussi permettre au niveau de liquide, correspondant sensiblement à un plan horizontal quelle que soit l'attitude du véhicule, dans la double enveloppe de la culasse, ne puisse pas tomber au-dessous de la partie supérieure de la double enveloppe 26, ou au moins de manière qu'il reste une certaine quantité de liquide dans toute la double enveloppe de la culasse dans la partie qui recouvre les lumières d'échappement, avec remplissage de la plus grande partie de la double enveloppe de la culasse Evidemment, lorsque les lumières d'échappement ne sont pas couvertes, la température peut augmenter de manière tout à fait indésirable au niveau de

la lumière ou des lumières concernées.

On sait que l'évacuation de chaleur dans le fluide de refroidissement d'un moteur à combustion interne s'effectue essentiellement dans la culasse Ainsi, comme représenté sur la figure 2, l'invention s'applique a un moteur dans lequel le bloc 12 ' est refroidi par extraction de la chaleur à travers les parois

métalliques des cylindres vers l'air externe, et des doubles envelop-

pes ne sont pas formées autour des cylindres En fait, les cylindres peuvent avoir des chemises céramiques et le bloc peut être réalisé afin qu'il conserve la chaleur dans les parois des cylindres, si bien que le rendement thermodynamique du cycle du moteur est accru par réduction au minimum de la chaleur extraite du volume

balayé Dans un tel moteur, le fluide de refroidissement à tempéra-

ture élevée d'ébullition ne remplit que la double enveloppe 26 de la culasse et la culasse 22 est fixée de manière étanche sur le bloc par un joint ou une garniture continue 44 Un ou plusieurs conduits 32 d'évacuation de vapeur partent de la partie ou des parties supérieures de la double enveloppe 26 de la culasse et rejoignent la chambre 34 du condenseur, et un ou plusieurs conduits 42 de retour de condensat partent de la chambre du condenseur

et rejoignent la double enveloppe 26.

Dans le mode de réalisation de la figure 2, le conduit 32 reliant la double enveloppe 26 à la chambre 34 du condenseur peut avoir le double rôle de transmettre la vapeur de la culasse vers la chambre du condenseur et de renvoyer le condensat de la chambre vers la double enveloppe Dans tous les modes de réalisation

de l'invention, le conduit ou les conduits utilisés pour la transmis-

sion de la vapeur de la double enveloppe de la culasse à la chambre du condenseur ont un diamètre relativement grand afin que le dégagement du fluide de refroidissement en phase vapeur du moteur à la chambre du condenseur puisse ête aussi libre que possible Des tuyauteries souples ou non destinées à transmettre la vapeur, ayant un diamètre

d'environ 2,5 à 5 cm, conviennent dans le cas des moteurs d'auto-

mobiles à faible déplacement Evidemment, les circuits destinés à des moteurs plus importants doivent posséder des conduits plus grands Par exemple, les tuyauteries souples de retour du condensat

ont un diamètre compris entre 12 et 20 mm.

Le fonctionnement du circuit représenté sur la figure 2 est essentiellement le même que celui du circuit de la figure 1 car tout le fluide d'appoint introduit dans la culasse est à l'état liquide Cependant, dans le cas du mode de réalisation de la figure 2, le fluide condensé est directement renvoyé à la double enveloppe 26 de la culasse à partir de la chambre du condenseur

et non par l'intermédiaire du bloc Le mode de réalisation de-

la figure 2 donne les mêmes avantages de réduction de la quantité vapeur présente dans la culasse et en conséquence de meilleures conditions de transfert de chaleur dans la double enveloppe de

la culasse, que dans le mode de réalisation de la figure 1.

Dans le cas de certains dessins de moteurs et de certains fluides de refroidissement, il peut arriver que le fluide de la

double enveloppe du bloc atteigne la température de saturation.

La vapeur peut alors être retirée séparément de la double enveloppe du bloc et transmise au condenseur, au lieu d'être transmise du bloc dans la double enveloppe de la culasse Un mode de réalisation d'un tel circuit est représenté sur la figure 3 La vapeur de la double enveloppe 20 du bloc passe dans un ou plusieurs circuits 46 de dérivation reliés à la partie ou aux parties supérieures de la double enveloppe du bloc Les conduits en dérivation rejoignent le conduit principal 32 d'évacuation de vapeur Un second conduit en dérivation 48 (ou plusieurs conduits) relie la double enveloppe 26 de la culasse au conduit 32 Ainsi, la vapeur est transmise séparément des doubles enveloppes 20 et 26 du bloc et de la culasse à la chambre du condenseur Le condensat formé dans le condenseur 34 est renvoyé du collecteur 40 par l'intermédiaire du conduit principal 42 de retour qui alimente un conduit 50 de dérivation relié à la double enveloppe 26 de la culasse et un conduit 52

en dérivation relié à la double enveloppe 20 du bloc Dans le-

procédé mis en oeuvre dans le circuit de la figure 3, le condensat transmis à la double enveloppe 26 de la culasse par le conduit dérivé 50 ne contient pas de vapeur si bien que la quantité de vapeur présente dans la double enveloppe de la culasse est minimale à tout moment, surtout parce qu'aucun fluide chargé de vapeur n'est transmis à cette double enveloppe Le circuit représenté sur la figure 3 peut fonctionner avec un fluide de refroidissement

dont la température de saturation est relativement faible.

Le circuit représenté sur la figure 4 permet l'utilisation de fluides différents de refroidissement dans les doubles enveloppe la du bloc et de la culasse Un ou plusieurs conduits 54 d'évacuation de vapeur sont reliés à la partie supérieure de la double enveloppe du bloc et assurent la transmission de la vapeur de la double enveloppe 20 à un premier condenseur 56 Le fluide condensé est renvoyé vers le bloc par un ou plusieurs conduits 58 La vapeur du fluide formée dans la double enveloppe 26 de la culasse est transmise à un second condenseur 60 par un ou plusieurs conduits 62 d'évacuation, et le condensat de la chambre 60 est renvoyé à la double enveloppe 26 de la culasse par un ou plusieurs conduits 64 Le circuit repésenté sur la figure 4 est destiné à être utilisé

dans un moteur pouvant avoir des températures différentes de fonction-

nement dans le bloc et la culasse Par exemple, il peut être souhai-

table que le bloc ait une température plus élevée que la culasse, celleci étant maintenue à une plus faible température qui évite la détonation, le préallumage et d'autres effets indésirables d'une température excessivement élevée dans la culasse du moteur,

afin que le rendement thermodynamique soit globalement accru.

La température plus élevée du bloc assure une combustion plus complète du carburant et un meilleur rendement du cycle thermique

du moteur étant donné la réduction de l'extraction de chaleur.

Les parois du cylindre peuvent être revêtues de chemises céramiques ou autres résistant à la température, et le bloc peut avoir des

parois externes isolées Comme ce circuit peut être utilisé essen-

tiellement lorsque la culasse et le bloc sont maintenus à deux

températures différentes, des fluides différents de refroidis-

sement peuvent être choisis, chacun ayant la température voulue

respective de saturation.

Les deux chambres de condenseur sont réalisées évidemment afin qu'elles aient la capacité nécessaire de condensation dans les boucles respectives de circulation du fluide de refroidissement c'est-à-dire la boucle de la culasse et la boucle du bloc Comme dans les modes de réalisation décrits précédemment, le mode de réalisation de la figure 4 assure la transmission du fluide -de refroidissement à l'état liquide à la double enveloppe 26 de la culasse si bien que le rapport de la vapeur au liquide dans la double enveloppe de la culasse est minimal et le refroidissement

est efficace dans toutes les conditions ambiantes et de fonctionnement.

En plus de la mise en oeuvre du procédé de l'invention dans les moteurs à combustion interne à pistons, l'invention peut

aussi être utilisée avec d'autres moteurs à combustion interne.

La figure 5 représente schématiquement par exemple un moteur Wankel ayant un carter 60, et trois doubles envèloppes séparées 62, 64 et 66 de fluide de refroidissement Le mélange combustible qui alimente le moteur est transmis par une lumière 68 d'admission, est comprimé dans la chambre interne 70, lorsque le volume de la partie droite de la chambre (sur la figure 5) est balayé par l'une des surfaces du rotor 72 La région proche de la bougie d'allumage ou d'un allumeur analogue 74 constitue la partie de culasse, du moteur, dans laquelle le fluide combustible transmis au moteur est enflammé et brûlé Un second volume balayé de la chambre placée de façon générale vers l'intérieur de la double enveloppe 66 de circulation de fluide de refroidissement constitue la chambre de détente dans laquelle a lieu la course de travail du moteur, les produits de la combustion étant évacués par la lumière 75 d'échappement à

la fin de la course de travail de chaque face du rotor.

Le point le plus élevé, dans chaque double enveloppe 62, 64 et 66-est relié par un conduit 76, 78 et 80 respectivement d'évacuation de vapeur à une chambre de condenseur 82 ayant un emplacement convenable au-dessus du moteur La vapeur produite dans chaque double enveloppe est transmise par le ou les conduits associés d'évacuation, est dégagée dans la chambre du condenseur, remonte par convection et sous l'action de son moment cinétique au contact de la paroi supérieure 84 de la chambre qui conduit la chaleur et se condense par échange avec la paroi 84 Le condensat tombe sur la cuvette 86 de la chambre de condenseur, s'écoule vers le collecteur 88 et est renvoyé à un conduit commun 90 de

retour rejoignant chacune des doubles enveloppes 62, 64 et 66 par.

l'intermédiaire de conduits de retour en dérivation 92, 94 et 96. Dans la description générale de l'invention, on s'est

référé à une double enveloppe du bloc et une double enveloppe de la culasse Etant donné la configuration du moteur Wankel qui est différente de celle du moteur à pistons, on se réfère maintenant au volume balayé dans la chambre 70 Les parties du carter 60

du moteur Wankel qui sont à l'extérieur des volumes balayés équi-

l O valent fonctionnellement au groupe-cylindres monobloc d'un moteur à pistons Toute référence à la double enveloppe du bloc s'applique aux doubles enveloppes 62 et 66 associées au volume balayé d'un moteur Wankel De même, la double enveloppe 64 adjacente à la zone de combustion de la chambre 70 doit être assimilée à la double enveloppe de la culasse, dans un moteur Wankel En conséquence, le procédé de I'invention peut être mis en oeuvre dans le moteur Wankel représenté sur la figure 5 car le liquide de refroidissement est transmis par le condenseur 82 à l'état liquide à la double enveloppe 64 de la culasse près de la zone de combustion, si bien qu'un rapport favorable de fluide en phase vapeur au fluide en

phase liquide s'établit dans la double enveloppe 64 de la culasse.

Une variante du mode de réalisation de la figure 5, évidente pour les hommes du métier compte tenu des indications qui précèdent, est la formation de chambres séparées de condensation pour chaque double enveloppe, comme décrit pour le mode de réalisation de la figure 4 Dans une telle variante, chaque double enveloppe du moteur peut recevoir un fluide différent de refroidissement si bien que les températures, dans les diverses zones du moteur peuvent être optimisées afin que le rendement thermodynamique soit maximal et que d'autres caractéristiques avantageuses soient obtenues, par exemple une réduction des contraintes thermiques dans le carter, une bonne lubrification, un meilleur débit de

transfert de chaleur ou d'autres propriétés.

Dans un moteur Wankel, la lumière d'échappement se trouve dans le moteur, à un emplacement éloigné de la zone de combustion, contrairement aux moteurs diesel et à cycle d'Otto dans lesquels la zone de combustion et la lumière d'échappement sont toutes deux dans la culasse Un refroidissement efficace de la région de la lumière d'échappement dans le carter du moteur Wankel est assuré par transmission du liquide de refroidissement aux deux doubles enveloppes 66 et 62, l'une d'elles pouvant être raccordée à la partie 98 de double enveloppe comprise entre les lumières d'admission et d'échappement 68 et 74 Ainsi, la quantité de vapeur présente dans la région entourant la lumière d'échappement est faible et assure un refroidissement efficace de cette lumière d'échappement. La figure 6 représente l'utilisation d'un circuit selon

l'invention dans une automobile ayant un moteur 102 monté transver-

salement, dans un compartiment moteur recouvert par un capot 104.

Celui-ci et une cuvette 110 délimitent une chambre 116 de condenseur qui reçoit la vapeur transmise par le haut de la double enveloppe de la culasse par un conduit 108 La vapeur se condense dans la chambre, et le condensat revient par le même conduit 108 vers la double enveloppe de la culasse Le conduit 108 est une tuyauterie souple convenablement disposée afin que le capot puisse être soulevé et donne accès au compartiment moteur Le nez 114 du véhicule peut être fermé totalement ou en grande partie afin que la traînée soit réduite Une petite admission d'air peut être disposé afin

que le compartiment du moteur et le carter d'huile soient refroidis.

Dans un circuit destiné à un aéronef mue par un ou plusieurs moteurs à pistons ou Wankel, la chambre du condenseur peut être placée dans le toit du fuselage ou à la partie supérieure d'une aile d'un aéroplane ou dans la partie supérieure de la carrosserie d'un hélicoptère La figure 7 représente un aéronef 120 ayant des moteurs 122 placés dans des montants 124 dépassant sous les ailes 126 Les chambres 128 du condenseur sont réalisées dans les faces supérieures des ailes, au-dessus du moteur, afin que

le courant formé par l'hélice constitue un courant d'air de refroidis-

sement s'écoulant sur le panneau externe de refroidissement lorsque l'aéronef est au sol Les circuits de refroidissement des aéronefs selon l'invention ont de façon générale de petites pompes destinées à renvoyer le condensat vers le moteur, à partir des collecteurs de condensat placés aux quatre coins des chambres de condenseur, étant donné que le circuit doit pouvoir subir des déplacements importants en roulis et en tangage Une fonction auxiliaire des

condenseurs placés à la surface des ailes est le dégivrage.

Dans la description générale de l'invention, on s'est

référé à la "température desaturation" et à la "température d'ébullition".

Ces expressions sont utilisées pour désigner les propriétés de substances pures formant le fluide de refroidissement ou de mélanges azéotrop Lques car les mélanges non azéotropiques présentent une ébullition sur toute une plage de températures comprise entre

une température la plus basse appelée point de bulle et une tempéra-

ture la plus élevée appelée point de rosée En pratique, les liquides utilisés comme fluides de refroidissement selon l'invention ne peuvent pas ête des substances pures ou des mélanges azéotropiques purs car ils peuvent contenir des additifs tels que des agents stabilisants, des inhibiteurs et des agents colorants, et ils peuvent aussi contenir des impuretés telles que l'eau et d'autres ingrédients imprévus En outre, un fluide de refroidissement composé pour être utilisé dans un circuit selon l'invention peut être formé d'un mélange de substances qui peuvent donner au liquide une plage de températures d'ébullition et en conséquence une plage

de températures de saturation.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans

sortir du cadre de l'invention.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1 Procédé de refroidissement par ébullition destiné à des moteurs à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend,

dans toutes les conditions de fonctionnement du moteur, la transmis-

sion d'un fluide de refroidissement exclusivement à l'état liquide pratiquement dépourvu de vapeur, dans la double enveloppe ( 26) de circulation d'un fluide de refroidissement de la culasse du moteur afin que la plus grande partie de la double enveloppe ( 261 de la culasse reste remplie du fluide de refroidissement à l'état

liquide à tout moment.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement a une température de saturation supérieure à la température la plus élevée atteinte par les parois de la double enveloppe ( 20) de refroidissement du bloc, et en

ce que le fluide de refroidissement est transmis à la double envelop-

pe ( 26) de la culasse à partir de la double enveloppe ( 20) du bloc 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement est un liquide organique dont la température de saturation, à la pression régnant dans la double enveloppe, n'est pas inférieure à 1320 C. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement contient une partie essentielle d'un élément choisi dans le groupe qui comprend l'éthylèneglycol,

le propylèneglycol, l'alcool tétrahydrofurfurylique, le dipropylène-

glycol et le monoisobutyrate de 2,2,4-triméthyl-1,3-pentanediol.

Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression différentielle entre une sortie de vapeur de la

double enveloppe ( 26) de la culasse du moteur, rejoignant un conden-

seur ( 36), et un sortie de liquide ( 40) du condenseur reste à une valeur qui ne dépasse pas 7 k Pa environ, 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement est directement conduit à la double enveloppe ( 26) de la culasse, uniquement à partir d'un condenseur ( 34) de vapeur qui reçoit la vapeur de la double enveloppe

( 26) de la culasse.

7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce

qu'il comprend la transmission d'une partie du fluide de refroidis-

sement du condenseur ( 34) directement à la double enveloppe ( 20) du bloc, la partie restante étant transmise directement à la double

enveloppe ( 26) de la culasse, le-procédé comprenant aussi la transmis-

sion séparée de vapeur des doubles enveloppes ( 20, 26 > du bloc et de la culasse à un même condenseur ( 34). 8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement à l'état liquide est transmis directement à la double enveloppe ( 26) de la culasse par un premier condenseur de vapeur, la vapeur provenant de la double enveloppe ( 26) de la culasse est transmise au premier condenseur, un second fluide de refroidissement est transmis à la double enveloppe ( 20) du bloc exclusivement à l'état liquide par un second condenseur de vapeur, et la vapeur de la double enveloppe ( 20) du bloc est

transmise au second condenseur -

9 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement est transmis à la double enveloppe ( 26) de la culasse pargravité à partir d'un condenseur ( 34) de vapeur ayant une partie ( 40) de collecte et de sortie de condensat, cette partie se trouvant au- dessus de la partie supérieure de la double enveloppe ( 26) de la culasse, et en ce qu'un conduit ( 42) de retour de fluide de refroidissement partant de la-partie de sortie du condensat et rejoignant la double enveloppe ( 26) de la culasse est toujours rempli de fluide de refroidissement

à un niveau qui dépasse la partie supérieure de la double enveloppe.

10 Circuit de refroidissement pour moteur à combustion interne, le moteur comprenant une double enveloppe ( 20, 26) de circulation d'un fluide de refroidissement et ayant un condenseur ( 34) et des conduits ( 32, 42) destinés à transmettre la vapeur

du fluide pratiquement de la zone la plus haute de la double envelop-

pe ( 20, 26)>au condenseur ( 34) et à renvoyer le condensat du fluide de refroidissement dans la double enveloppe ( 20, 26), caractérisé en ce que le fluide de refroidissement est un liquide organique de poids moléculaire élevé dont la température de saturation, à la pression atmosphérique, n'est pas inférieure à 1320 C environ, dont la chaleur molaire de vaporisation à la pression atmosphérique dépasse 41 100 J/mole environ et dont la tension supérieure à

'C est inférieure à 70 dynes/centimètres environ.

11 Circuit selon la revendication 10, caractérisé en ce que ce que le fluide de refroidissement est essentiellement un élément choisi dans le groupe qui comprend l'éthylèneglycol, le propylèneglycol, l'alcool tétrahydrofurfurylique, le dipropylèneglycol et le monoisobutyrate de 2,2, 4-triméthyl-1,3-pentanediol. 12 Circuit selon la revendication 10, caractérisé en ce que des doubles enveloppes ( 20, 26) de refroidissement sont disposées séparément pour le bloc et pour la culasse du moteur, et en ce

qu'il comprend deux circuits de circulation de fluide de refroidis-

sement, l'un disposé entre la double enveloppe ( 20) du bloc et la chambre du condenseur ( 34) et l'autre entre la double enveloppe

( 26) de la culasse et la chambre du condenseur ( 34).

13 Circuit selon la revendication 10, caractérisé en ce

qu'il comporte une seconde chambre de condenseur, des doubles-

enveloppes ( 20, 26) de fluide de refroidissement sont disposées séparément pour le bloc et la culasse du moteur, et des circuits ( 54, 58; 62, 64) de circulation de fluide de refroidissement sont disposés séparément 1 'un entre la première chambre de condenseur et la double enveloppe ( 26) de la culasse et l'autre entre la

seconde chambre de condenseur et la double enveloppe ( 20) du bloc.

14 Circuit selon la revendication 10, caractérisé en ce que le bloc ne comporte pas de double enveloppe de circulation de fluide de refroidissement, et les conduits de sortie et d'entrée ( 32, 42) sont tous deux montés entre la chambre du condenseur

( 34) et la double enveloppe ( 26) de la culasse.