WO1993008390A1 - Moteur a combustion interne de type a injection totale avec chauffage de l'air comprime par les gaz d'echappement - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an internal combustion piston engine, more specifically intended for the automobile, the fundamental difference from which is compared to current engines is that the air is not compressed in the cylinders where performs combustion but comes from a separate compressed air production unit.
- This type of engine which operates on a two-stroke cycle, has sometimes been called “TOTAL INJECTION ENGINE” because it injects, under pressure, both the fuel and the oxidant.
- TOTAL INJECTION ENGINE because it injects, under pressure, both the fuel and the oxidant.
- this engine has not spread because, in order to gather all the advantages that it can offer in theory, we run up against great technical difficulties; in particular it is necessary, before its admission, to bring the air to the highest possible temperature, by recovering the heat of the exhaust gases, and to distribute with the minimum of losses the very hot gases entering and leaving the cylinders.
- the present invention provides a set of original technologies so that such an engine can operate with optimum performance; it only concerns the engine itself and implicitly assumes the existence of a unit which will supply it with compressed air; it is not the subject of any description or claim here.
- this engine is particularly well placed to promote, in the medium and long term, ecological fuels, from vegetable sources only, with a view to rebalancing the cycle of carbon dioxide on earth destroyed by the overconsumption of fossil fuels.
- the following description is in two parts; in the first, by referring to the diagram in FIG. 1 and to the diagrams of FIGS. 2 and 3, we will focus above all on the theoretical and fundamental aspects of this engine, on the conditions to be fulfilled to optimize performance, on the essential elements that make it up.
- FIG. 2 shows the theoretical engine gas circuit.
- the compressed air is brought to high temperature by the burnt outlet gases, the distributor transfers the gases entering and leaving each cylinder.
- the cycle of successive transformations in the chamber of a cylinder has been plotted, for various states of charge, during the round trip of the piston.
- the points separating each phase are identified by a letter.
- the diagram in Figure 3 gives the angular position of the crankshaft for each of these points.
- H and B are the top and bottom dead centers; VH and VB the corresponding volumes.
- the cycle includes the following phases:
- _ (A C) COMBUSTION the fuel is injected so that combustion begins a little before A, which is as short as possible and leads to an increase in both temperature and pressure.
- _ (C D) RELAXATION this transformation is close to an adiabatic; the final pressure is higher the greater the volume at A.
- the hatched phases are those where the chamber must be isolated by the distributor.
- the compression ratio is the most important parameter for performance; which requires working there at very high pressures.
- a very good yield is obtained even with a moderate pressure of the intake air, for example that commonly supplied by a single-stage volumetric compressor.
- the temperature of the admitted air which is the major parameter and it is the resistance of the materials in direct contact with the exhaust gases which will set the limit.
- the thermodynamic efficiency of the engine to regulate the gas outlet temperature to the maximum admissible value, by acting on the quantity injected of the fuel. Consequently the work provided during the cycle and consequently the torque delivered is practically proportional to the mass of air admitted.
- CD is complete; the cycle drawn in phantom is obtained which corresponds to the most economical torque for using the engine; it is advantageous to fix the volumes VB and VH so that this torque is statistically most often used in driving the vehicle.
- the last cycle plotted on the diagram, in dotted line, is used to give the weakest torques necessary for displacements at low speed; here the admitted volume remains blocked at a minimum, that is to say at a value close to VH, and the admitted mass is reduced by reducing the pressure by throttling the intake valve.
- _ injection can be done at moderate pressure
- _ a fuel more volatile than diesel will be burned there and which will vaporize instantly after injection
- FIG. 1 presents a simplified image of the engine components and explains the main aspects of its operation.
- a casing (3) is clamped by its plate (4) against each cylinder (2) and communicates with it by a conduit (6) used for the transfer of gases.
- a rotating assembly, driven by the villebrequin using the transmission (14) is enclosed in this casing; its primary role is to ensure the distribution of gases with the cylinders by means of a rotor (15), of frustoconical shape, coming to bear against a bore (5), of the same taper machined in the casing.
- the external conical surface of the rotor carries at least one orifice (19) for the injection of air and an orifice C20) for the expulsion of the burnt gases.
- the conduit (6) opens into the bore through a narrow orifice; the gas is transferred at each passage of the mobile orifices (19) and (20) in front of it.
- the rotating assembly also performs the final phase of the transfer of heat between the burnt gases and the air by means of an exchanger (16) arranged as an extension of the rotor and conveying the air therein by a nozzle (18). ; the exchange surface is enlarged externally by projecting parts (17) which rotate in the direct flow of gases.
- the air from the source (1) first fills the partitioned chamber (7), arranged in the distribution stator, that is to say in the part of the casing which surrounds the rotor. During its passage in the stator the air is preheated; thanks to the heat thus evacuated the stator can be maintained at a moderate temperature level.
- the second phase of air heating takes place in a fixed exchanger (8), against the flow of the exhaust gas flowing from the exchanger (16).
- the motorized valve (10), preferably arranged on the air circuit between the two exchangers, is controlled by the accelerator pedal (11) and controls the starting or stopping of the engine.
- the accelerator pedal (11) controls the starting or stopping of the engine.
- This organ is quite long and voluminous; its overall longitudinal view, which is a section along a plane passing through the central axis, for greater clarity, is distributed over two figures; Figure 5 where we see the exchangers and the inlet valve integrated at the end, and Figure 7, which shows the distribution block connected on one side to the exchangers and the other to the drive device.
- Figure 5 where we see the exchangers and the inlet valve integrated at the end
- Figure 7 which shows the distribution block connected on one side to the exchangers and the other to the drive device.
- FIG. 4 is a cross section passing through the axes of the cylinders; it will describe the transfers between the distributor and the cylinders as well as the specific arrangements made for them and for the pistons.
- FIG. 12 proposes an overall arrangement for the injection of fuel more specially adapted to this type of engine.
- the rotor rotates at half the speed of the crankshaft and has two holes (19), opposite by the diameter, for the injection of air and likewise two holes (20) for the expulsion of gases.
- This arrangement balances the radial thrusts on the rotor.
- the duct entry slots (6) are offset by 90 degrees.
- the cylinders (2) are arranged in parallel with alternating movement of the pistons.
- the two-stroke cycle described above is carried out successively in each cylinder with a phase shift of half a turn of the Villebrequin.
- the distribution stator (21) is a fairly massive foundry piece whose plate (4) acts as a cylinder head for the cylinders which are clamped between it and the motor casing by tie rods.
- the bottom of the plate (4) is machined so that the cylinders come to be embedded there by enclosing a wafer (24), made of ceramic, pierced in the center of a round hole in which the end of the conduit (6) .
- Each side of the plate (4) has a row of threaded holes (22), opening at the end of the duct (6), and used to fix the combustion control elements (injectors, spark plugs, temperature gauges).
- Each cylinder a cross section of which can be seen in FIG. 9, consists of a cast iron body (2), furnished at its periphery with longitudinal grooves (30), and enclosed in a welded steel ferrule (31) or crimped at each end. Through the tubultires (32) a coolant which can advantageously be pressurized water is circulated in the grooves (30).
- Each piston consists of an aluminum alloy body (13) on top of which are stacked an elastic flat washer (28), an insulating plate (27), and finally a ceramic cap (26); these three parts are pressed against the piston by a flange (29), made of very refractory steel, carrying the upper sealing segments, and fixed to the piston by its lower skirt.
- the cap (26) fits with very little play in the flared profile of the wafer (24), so that the volume of the chamber is practically equal to that of the duct (6); when the piston begins to descend, the air admitted into the duct (6) is forced to pass at high speed through the narrow annular space existing between the ceramic pieces; the fuel is injected at the entrance of this space and there is a very rapid and efficient mixing of the constituents.
- the temperature and the radiation which reign there are particularly high; this favors the immediate and complete combustion of the gas mixture.
- Heat transfer in the rotating part is mainly done through a bundle of steel tubes (34) lined over its entire length with radial fins (35); these are large diameter washers, in thin sheet metal, fitted on the tubes, in order to increase the contact surface with the burnt gases, while stiffening the bundle.
- the washers are replaced by thick flanges (36), soldered on the tubes, and embedded on one side in an air intake box (37) and on the other in the rotor (15), these two parts being interconnected and pressed against the beam by a central axis (38) provided with a tightening nut (39).
- the burnt gases are forced to go back and forth between the center and the periphery, each time passing through the bundle of tubes.
- This movement is obtained on the one hand by stacking on the axis (38) ceramic deflectors (40) which create a series of rounded grooves, on the other hand by placing partitions in the desired places, in place of the fins. of two types; some (41) prevent outside passage and force the gases to return to the center; the others (42) close the passage in the center by pressing against the deflectors (40). These are brought to a very high temperature and create intense radiation towards the exchanger; their internal profile is arranged to have the minimum contact with the axis (38); it is preferable that it is hollow and that a light air flow is circulated there.
- the fixed exchanger is arranged all around the rotary exchanger and completely encloses it, as can be seen in the cross section of Figure 6. It comprises a main body (43), preferably cast in a good conductive alloy , provided with external longitudinal grooves (44) and internal (45), an external cylindrical casing (46) in steel and an internal ferrule (47) in stainless steel. On the valve side, the body (43) and its casing (46) close towards the center; distribution side, the enclosure ends with a flange which makes it possible to fix the entire heating block, with a sealed socket, to the front face of the stator (21). The air, at its outlet from the cells (25), is channeled in the grooves (44) upstream of the valve (48) of the valve.
- the burnt gases after their last passage on the bundle (34), penetrate into the internal grooves (45) by a circular space at the end of the ferrule (47); these gases, after having yielded most of their initial heat, emerge at the other end of the fixed exchanger by a series of holes through the body (43) and the envelope (46), as shown in the view in section of Figure 8; these gases are then channeled through a sheath (57) to the outside.
- the normally closed type air intake valve is fixed and centered at the end of the exchangers; the opening of the valve (48) is obtained by sending pressurized air into a jack comprising a body (50) and a piston (51) connected to the valve.
- the valve body (52) is fitted at the end and in the center of the fixed exchanger (43); it comprises the seat and the valve guide (48) as well as the axis on which the housing (37) rotates.
- the cylinder body (50) has a flange which allows the end of the casing (46) to be tightly tightened against the valve body (52); the studs (53), machined on the front face thereof, ensure centering while letting the air pass upstream of the valve.
- the pressure prevailing downstream is a linear function of that existing in the cylinder; this valve can therefore be used as an intake pressure regulator; to have the same pressure downstream as upstream, this pressure must also be maintained in the cylinder.
- This whole device has no spring and is capable of operating at the relatively high temperatures prevailing there.
- the intake air acquires a high speed for a short time. It is advantageous to use the corresponding kinetic energy to trigger the first rotations of the motor, in the desired direction; it is then able to continue its startup alone.
- a diffuser (54) and a small turbine (55) which can be seen in cross section in FIG. 6.
- the diffuser (54) is integral with the body (52) and comes in extension of the axis of the bearing.
- the turbine (55) is itself integrated into the housing (37) which can be cast in one piece, for example in an alloyed cast iron.
- the distribution rotor has an internal partitioning which separates the intake air and the burnt gases and contributes " efficiently to the transfer of heat between them; working permanently at very high temperature it must be cast in an alloy refractory or formed in a ceramic material
- the sectional view has been arranged in order to show the passage for the exhaust (58) at the top and the passage (59) for the air intake at the bottom.
- the air leaving the bundle of tubes (34) first fills the circular cavity (60) of the front face, then the two intake ducts (59), finally a large central spherical cavity (61) extended by a nozzle. in which the hollow axis (38) is fitted.
- the total volume of air accumulated in the rotor is relatively high compared to the volume injected into each cylinder; this limits, in part, the pressure drop following the very short duration of this injection.
- the cavity (61) is closed at the rear by a cover (62), made of steel, welded to the shaft (38) and extended by a shank provided with a conical bearing and grooves, used for driving the entire rotating assembly.
- Fresh compressed air from the central unit enters the stator (21) through a side inlet and first fills the entire circular internal cavity (99); it then crosses the cells (25) and exits towards the different grooves (44) of the fixed exchanger.
- the entire outer surface of the stator and the casing (46) is covered with insulation.
- On the rear side of the stator is fixed an insulating ceramic plate with a central bore for the passage of the drive.
- the latter is designed to minimize heat loss and the temperature of sensitive rooms. It includes a pulley (56), driven by a toothed belt, rotating in a bearing (64), itself held by a support (65) fixed to the stator near the air inlet, where the temperature is the lower.
- the support (65) is fixed with precision, for example with centering shoulder screws, so that the axis of rotation of the pulley (56) coincides with that of the distributor.
- the coupling between these last two parts is obtained by a wafer (66), of highly insulating ceramic material, riveted on a steel hub (67) itself secured to the tail of the cover (62).
- the wafer (66) is driven by parallel axes (68), integral with the pulley (.), And on which it can slide axially under the action of the springs (69) placed on these same axes.
- the thrust of air from the end bearing compresses these springs; when stationary, they push the rotating assembly against the stop (49) and create a small space between the conical surfaces of the rotor and the stator; the cylinders can breathe and there is no more friction; the engine runs idle on its momentum and to stop it you have to use external braking.
- the springs (69) hold the pulley (56) against the bearing (64) which will preferably be of the ball and angular contact type.
- FIG. 11 shows, advantageously gathered in the same housing (70): a servo-valve which controls the pressure of the jack (50) of the intake valve, a drive device, with phase shift, of the driving pulley (71 ) which itself drives the distributor at half the speed of the crankshaft, finally the associated control of these two elements by the cable (72) of the accelerator pedal.
- the servo valve includes a drawer (73) sliding inside a free piston (74) which receives on one side the thrust due to the air pressure in the chamber (75) and on the other the force of a spring (76).
- the depression of the drawer opens a passage for compressed air to the chamber (75) and the piston moves as long as the pressure there is sufficient to compress the spring (76).
- the drawer is allowed to retreat, by the effect of its small return spring (77)
- the air in the chamber escapes through the passage created at the end of the drawer and the pressure drop causes the piston to return.
- the latter therefore faithfully follows the movement of the slide valve and to each position thereof corresponds to a precise value of the pressure relaxed downstream of the intake valve.
- the spring (76) is calibrated so that this pressure is maximum at the end of the slide stroke and corresponds, at the start of the stroke, to the minimum engine torque sought. At rest the cylinder (50) is vented and the valve is naturally closed.
- the pulley (71) is driven by a pair of helical pinions with perpendicular axis and of the same diameter, one (78) fixed and integral with the crankshaft, the other (79) mobile and capable of being move axially on a splined shaft (84) integral with the pulley (71).
- a pusher (80) sliding in a cover (81) fixed to the housing (70), comes to rest against a bearing (82) fitted at the end of the pinion (79).
- This movable assembly is pushed back towards the cover by a spring (83) which bears on the bottom of a shaft cavity (84).
- This whole mechanism is lubricated by engine oil.
- the pulley (71) is fixed to the shaft by a conical fitting, which is blocked by tightening, with the toothed belt in place, after having carefully positioned the distributor with respect to the pistons.
- the rondel ⁇ the spring (85) serves to hold the shaft (84) against its bearings.
- the traction of the cable (72) by the accelerator pedal is exerted on a lever (86) articulated on one side at the end of the pusher (80) and on the other at that of the drawer (73); the latter sinks first because it requires very little effort; when it reaches the end of its travel, the pusher (80) sinks in turn, requiring greater effort, because of the spring (83) -and the reaction of the teeth.
- FIG. 12 The system proposed by the invention is shown diagrammatically in FIG. 12 and comprises two parts: one for pumping, the other for injection.
- the valve closes and the pump (87) charges the accumulator (91) until the operating pressure is reached; the valve then opens and the pump only delivers on itself; when stopped the accumulator is slowly emptied towards the tank through a small nozzle (90).
- the injection part comprises: at least one injector (93) per cylinder and a temperature measurement (94), an electronic processor (95), finally on the circuit connecting the accumulator (91) to the injectors (93) a device for variable throttle (96), controlled by a small stepping motor (97), which can be achieved by a cam whose profile moves in front of a calibrated hole.
- the basic parameters of the injection are linked at each instant by the relation: 6.
- _ N is the speed of rotation of the engine in revolutions / minute _ V is the unit volume of fuel to be injected in cm3 _ S is the throttling section of the device (96) in cm2 _ A is the angular duration injection in degrees
- U is the speed of the liquid in section S in cm / second
- This speed U depends above all on the regulated pressure in the accumulator and can therefore, as a first approximation, be considered to be constant.
- the processor will act essentially on S, by positioning the motor (97), and on A by the very precise emission of the tops which control the opening and closing of the injectors.
- Variation total of the second member of the above relation must be able to equal that of the first; for example if the variation ratio of N is 9 and that of V 8, it must be possible to reach 72 with the couple S_A, for example by setting 16 for S and 4.5 for A. From complete bench tests, by exploring the total range of speeds and torques, we know the preferred values to give to S, A as well as in advance to the injection.
- This "map" of values is placed in the memory of the processor (95) and will serve as references for defining its action. At all times the processor is informed: _ by a magnetic sensor of the position and the speed of the crankshaft _ by a sensor for displacement of the position of the accelerator pedal, therefore of the torque requested by the driver _ finally by the sensors (94) of the exhaust gas temperature.
- the processor instantly calculates the parameters used to drive the engine (97) and the injectors (93); this calculation is done in two stages: first read the values in the ROM then correct them more or less in order to maintain the temperature of the gases (94) in an optimal range; this last point is particularly important; it prevents overheating of the parts most exposed to high temperatures; it allows starting to accelerate the warming up of the engine; finally for all operating conditions it guarantees the best thermodynamic efficiency.
- a nozzle (98) is placed in front of it and fixed in an orifice (22) of the duct (6).
- Figure 13 shows the enlarged views of this arrangement.
- the nozzle (98) has a central core, which ends in a point just in front of the injection orifice, with all around the helical grooves.
- the fuel flows in thin layers therein in a swirling motion. There is a very efficient transfer of heat from the hot walls to the fuel and most of it is gasified before entering the duct (6).
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Abstract
Moteur d'automobile, à pistons et à combustion interne, alimenté par de l'air, comprimé séparément et injecté dans chaque cylindre après avoir été chauffé par les gaz d'échappement. L'invention concerne l'organe qui réalise l'échange de chaleur et la distribution des gaz, son raccordement avec les cylindres et l'agencement original de la chambre et des pistons. Il comprend un distributeur rotatif (15), de forme tronconique, poussé contre un alésage (5), de même conicité, par la pression de l'air sur le conduit d'entrée (18) et relié à chaque cylindre par un conduit (6) pour le transfert des gaz. L'échange de chaleur se fait en trois temps: d'abord un préchauffage dans des alvéoles (7) du carter de distribution (3), puis dans un échangeur fixe (8), enfin dans un échangeur tournant (16) disposé entre le rotor (15) et le conduit (18). La pédale d'accélérateur pilote l'admission d'air au moyen de la vanne (10) et fait varier le volume injecté par un décalage angulaire du rotor (15) par rapport au vilebrequin. L'injection du combustible est réglée pour que la température des gaz brûlés soit optimale.
Description
MOTEUR A COMBUSTION INTERNE DE TYPE A INJECTION TOTALE AVEC CHAUFFAGE DE L'AIR COMPRIME PAR LES GAZ D'ECHAPPEMENT
L'invention concerne un moteur thermique, à pistons et à combustion interne, plus spécialement destiné à l'automobile, dont la différence fondamentale, par rapport aux moteurs actuels, est que l'air n'est pas comprimé dans les cylindres où s'effectue la combustion mais provient d'une unité séparée de production d'air comprimé. Ce type de moteur, qui fonction¬ ne suivant un cycle à deux-temps, a parfois été nommé " MOTEUR A INJECTION TOTALE " parce que l'on y injecte, sous pression, à la fois le combustible et le comburant. En fait ce moteur ne s'est pas répandu parce que, pour recueillir tous les avantages qu'il peut offrir en théorie, on se heurte à de grosses difficultés techniques; en particulier il faut, avant son admission, porter l'air à la température la plus élevée possible, en récupérant la chaleur des gaz d'échappement, et distribuer avec le minimum de pertes les gaz très chauds entrant et sortant des cylindres.
La présente invention propose un ensemble de technologies originales pour qu'un tel moteur puisse fonctionner avec des performances optimales; elle ne concerne que le moteur lui-môme et suppose implicitement l'existence d'une unité qui lui fournira l'air comprimé; celle-ci ne faisant ici l'objet d'aucune description ni revendication.
Les avantages apportés par cette nouvelle motorisation des véhicules peuvent être considérables; les aspects les plus marquants concernent la consommation, le combustible, la pollution, la conduite et l'écologie. Le rendement nettement plus élevé ainsi que la réduction des pertes entrainent une baisse importante de la consommation dans toutes les conditions de marche et plus spécialement dans le traffic urbain. Le choix et la composition du combustible exigent beaucoup moins de contraintes; il n'y a pas besoin d'additif anti-détonnant ou autre; on peut sans inconvénients mélanger ou substituer aux hydrocarbures des alcools de synthèse. La combustion est plus propre et plus complète car elle s'apparente à celle d'un brûleur à gaz à fort excès d'air; la pollution due aux rejets d'imbrulés, de suie, d'oxyde de carbone est pratiquement supprimée. On peut aisément rendre ce moteur auto-démarreur avec commande directe par la pédale d'accélérateur; dès qu'on cesse d'appuyer l'arrivée d'air et de combustible est immédiatement stoppée; cette suppression des rejets inutiles, si elle était généralisée, assainierait considérablement l'atmosphère des zones urbaines encombrées. Enfin ce moteur est particulièrement bien placé pour promouvoir, à moyen et long terme, des carburants écologiques, de source uniquement végétale, en vue de reéquilibrer le cycle du gaz carbonique sur terre détruit par la surconsommation des combustibles fossiles.
La description qui suit comprend deux parties; dans la première, en se référant au schéma de la figure 1 et aux diagrammes des figures 2 et 3, on s'attachera surtout aux aspects théoriques et fondamentaux de ce moteur, aux conditions à remplir pour optimiser les performances, aux éléments essen- tiels qui le composent. La description détaillée des différentes pièces et techniques employées fait l'objet de la deuxième partie; les dessins en référence des figures 4 et au-delà sont plus spécialement adaptés à la version la plus courante de ce moteur c'est-à-dire celle à deux cylindres; il est bien entendu que les revendications s'appliquent à toutes les versions adaptables de ce moteur. Beaucoup des composants sont identiques à ceux qui existent dans les moteurs actuels connus; la description qui suit ne s'attachera qu'aux organes nouveaux de ce moteur et aux modifications particulières de ces composants courants.
La figure 2 montre le circuit théorique des gaz du moteur. Dans l'echangeur à contre-courant l'air comprimé est porté à haute température par les gaz brûlés de sortie, le distributeur opère le transfert des gaz entrant et sortant de chaque cylindre. Sur le diagramme en pression et volume on a tracé, pour divers états de charge, le cycle des transformations successives dans la chambre d'un cylindre, durant tin aller-et-retour du piston. Les points séparant chaque phase sont repérés par une lettre. Le diagramme de la figure 3 donne la position angulaire du villebrequin pour chacun de ces points. H et B sonts les points morts haut et bas; VH et VB les volumes orrespondants. Le cycle comprend les phases suivantes:
_ ( Y H A ) ADMISSION : l'air remplit d'abord VH puis par l'isobare HA un volume complémentaire qui varie avec la position angulaire du point A réglé par le distributeur.
_ ( A C ) COMBUSTION : l'injection du combustible est réalisée pour que la combustion commence un peu avant A, soit la plus brève possible et amène un accroissement aussi bien de la température que de la pression. _ ( C D ) DETENTE : cette transformation est proche d'une adiabatique; la pression finale est d'autant plus forte que le volume en A est plus grand.
_ ( D B E ) ECHAPPEMENT : dès l'ouverture au distributeur il se produit une détente brutale des gaz; l'énergie du transfert est fournie par le gaz lui-même et entraine, de ce fait, une chute de la température. _ ( E R ) REFOULEMENT : il se fait à pression et température presque constantes; le piston fournit le travail du transfert.
_ ( R Y H ) RECYCLAGE : entre la fin du refoulement et le début de l'admission le distributeur crée une zone d'isolation; la petite masse de
gaz qui se trouve enfermée en R est recyclée et comprimée jusqu'à la pression de l'air d'admission.
Sur le diagramme de la figure 3 les phases hachurées sont celles où la chambre doit être isolée par le distributeur. Dans les moteurs courants, le taux de compression est le paramètre le plus important pour le rendement; ce qui oblige d'y travailler à des pressions très élevées. Dans le cycle décrit ci-'dessus, on obtient un très bon rendement même avec une pression modérée de l'air admis, par exemple celle délivrée couramment par un compresseur volumétrique mono-étagé. Ici c'est la température de l'air admis qui est le paramétre majeur et c'est la résistance des matériaux en contact direct avec les gaz d'échappement qui va en fixer la limite. On a intérêt, pour optimiser, à chaque instant, le rendement thermodynamique du moteur à réguler la température de sortie des gaz à la valeur maximale admissible, en agissant sur la quantité injectée du combustible. Dès lors le travail fourni au cours du cycle et par suite le couple délivré est pratiquement proportionnel à la masse d'air admise.
Sur le cycle en trait plein décrit plus haut cette masse est maximale lorsque l'angle de fin d'admission A est le plus grand; mais il faut noter que plus le couple est élevé, plus la détente sera tronquée et amènera une chute sensible du rendement.
Lorsque le point A est à sa position minimale, proche de H, la détente
CD est complète; on obtient le cycle tracé en trait mixte qui correspond au couple d'utilisation le plus économique du moteur; on a intérêt à fixer les volumes VB et VH pour que ce couple soit statistiquement le plus souvent utilisé dans la conduite du véhicule.
Le dernier cycle tracé sur le diagramme, en pointillé, sert à donner les couples les plus faibles nécessaires aux déplacements à petite vitesse; ici le volume admis reste bloqué au minimum, cést-à-dire à une valeur proche de VH, et on réduit la masse admise par diminution de la pression en étranglant la vanne d'admission.
Par rapport aux différentes versions des moteurs DIESEL en service,les problèmes d'injection et de combustion du présent moteur sont plus faciles à maîtriser pour les raisons suivantes: _ l'injection peut se faire à pression modérée; _ on y brûlera un combustible plus volatil que le gazole et qui se vaporisera instantanément après l'injection;
_ la température très élevée régnant dans la chambre réduira fortement le délai d'inflammation et supprimera la phase de combustion détonnante.
La figure 1 présente une image simplifiée des composants du moteur et permet d'expliquer les aspects principaux de son fonctionnement. Un carter (3) est serré par son plateau (4) contre chaque cylindre (2) et communique avec celui-ci par un conduit (6) servant au transfert des gaz. Un ensemble tournant , entrainé par le villebrequin à l'aide de la transmission (14) est enfermé dans ce carter; son rôle premier est d'assurer la distribution des gaz avec les cylindres au moyen d'un rotor (15), de forme tronconique, venant s'appuyer contre un alésage (5), de même conicité usiné dans le carter. La surface conique externe du rotor porte au moins un orifice (19) pour l'injection de l'air et un orifice C20) pour l'expulsion des gaz brûlés. Le conduit (6) débouche dans l'alésage par un orifice étroit; le transfert des gaz s'effectue à chaque passage des orifices mobiles (19) et (20) devant celui-ci. L'ensemble tournant réalise aussi la phase finale du transfert de chaleur entre les gaz brûlés et l'air au moyen d'un echangeur (16) disposé en prolongement du rotor et acheminant l'air dans celui-ci par un embout (18); la surface d'échange est agrandie extérieurement par des parties saillantes (17)qui tournent dans le flux direct des gaz.
A l'extrémité du carter est aménagé un raccord tournant étanche avec une partie fixe (9) dans laquelle glisse l'embout (18); ce raccord amène un effort de poussée que l'on peut ajuster à une valeur fixe et précise par le choix de la section. Ceci est capital pour le bon fonctionnement de la distribution; en effet le rotor (15) reçoit lui-même des efforts dus à la pression des gaz qui tendent à l'écarter de l'alésage (5); pour assurer le contact on établit la poussée antagoniste sur l'embout (18) au niveau juste nécessaire. Cette technique permet, d'une part de réduire les fuites au distributeur, d'autre part de laisser filtrer entre les surfaces coniques un film gazeux microscopique suffisant pour abaisser fortement le coefficient de frottement et empêcher l'abrasion ou le grippement.
L'air en provenance de la source (1) remplit d'abord la chambre cloisonnée (7), aménagée dans le stator de distribution, c'est-à-dire dans la partie du carter qui entoure le rotor. Durant son passage dans le stator l'air est préchauffé; grâce à la chaleur ainsi évacuée le stator peut se maintenir à un niveau de température modéré. La deuxième phase du chauffage de l'air se fait dans un echangeur fixe (8), à contre-courant du flux de sortie des gaz brûlés venant de 1*echangeur (16).
La vanne motorisée (10), disposée de préférence sur le circuit de l'air entre les deux échangeurs, est pilotée par la pédale d'accélérateur (11) et commande la mise en marche ou l'arrêt du moteur.
Nous abordons maintenant la deuxième partie, axée sur la présentation concrète d'une version à deux cylindres de ce moteur. L'essentiel de cette description portera sur l'organe totalement nouveau de celui-ci, qui réalise toutes les opérations de chauffage de l'air et de distribution des gaz, et remplace en quelque sorte plusieurs éléments bien connus tels que la culasse et ses collecteurs d'entrée et de sortie, le démarreur, les silencieux d'échappement . Cet organe est assez long et volumineux; sa vue d'ensemble longitudinale, qui est une coupe suivant un plan passant par l'axe central, pour plus de clarté, est répartie sur deux figures; la figure 5 où l'on voit les échangeurs et la vanne d'admission intégrée au bout, et la figure 7, qui montre le bloc de distribution raccordé d'un côté aux échangeurs et de l'autre au dispositif d'entrainement. L'autre vue d'ensemble, offerte par la figure 4, est une coupe transversale passant par les axes des cylindres; elle permettra de décrire les transferts entre le distributeur et les cylindres ainsi que les aménagements particuliers apportés à ceux-ci et aux pistons. En plus de ces vues d'ensemble, on fera référence, au cours de la description qui suit, à quelques vues complémentaires ou de détail ainsi qu'à deux schémas de fonctionnement; l'un, figure 11, concerne tout le pilotage de l'admission d'air par la pédale d'accélérateur; l'autre, figure 12, propose une disposition d'ensemble pour l'injection du combustible plus spécialement adaptée à ce type de motorisation.
Le rotor (15) tourne à la moitié de la vitesse du villebrequin et a deux orifices (19), opposés par le diamètre, pour l'injection d'air et de même deux orifices (20) pour l'expulsion des gaz. Cette disposition équili- bre les poussées radiales sur le rotor. Les fentes d'entrée des conduits (6) sont décalées de 90 degrés. Les cylindres (2) sont disposés en parallèle avec mouvement en alternance des pistons. Le cycle à deux-temps décrit plus haut est réalisé successivement dans chaque cylindre avec un déphasage de un demi-tour du villebrequin. Ainsi on peut voir, sur la figure 4, que le piston de gauche a commencé sa descente et qu'on se trouve en fin de phase d'admission; à l'oposé le piston de droite remonte et refoule les gaz.
Le stator de distribution (21) est une pièce de fonderie assez massive dont le plateau (4) fait office de culasse pour les cylindres qui sont serrés entre lui et le carter du moteur par des tirants. Le fond du plateau (4) est usiné pour que les cylindres viennent s'y encastrer en enfermant une galette (24), en céramique, percée au centre d'un trou rond dans lequel vient se raccorder l'extrémité du conduit (6). Chacun des cotés du plateau (4) comporte une rangée de trous taraudés (22), débouchant à l'extrémité du
conduit (6), et servant à fixer les éléments de contrôle de la combustion (injecteurs,bougies,prises de température). Toute l'enveloppe du stator (21) autour de l'alésage conique (5), à l'exception des passages (6), est remplie par des alvéoles (25) dans lesquelles circule l'air frais alimenté; leur surface d'échange et leur volume interne sont suffisants pour maintenir toute la masse du stator à une température modérée.
Chaque cylindre, dont on peut voir une coupe transversale sur la figure 9, se compose d'un corps en fonte (2), garni à sa périphérie de rainures longitudinales (30), et enfermé dans une virole en acier (31) soudée ou sertie à chaque extrémité. Par les tubultires (32) on fait circuler dans les rainures (30) un liquide de refroidissement qui peut être avantageusement de l'eau sous pression. Chaque piston se compose d'un corps en alliage d'aluminium (13) sur le dessus duquel sont empilés une rondelle plate élastique (28), une plaque isolante (27), et enfin un chapeau (26) en céramique; ces trois pièces sont serrées contre le piston par une collerette (29), en acier très réfractaire, portant les segments d'étanchéité supé¬ rieurs, et fixée au piston par sa jupe inférieure. Cette technique d'isola¬ tion particulière du piston est possible dans ce moteur parce que la pression qui s'exerce sur le chapeau (26) est peu élevée. Par contre il est nécessaire de refroidir séparément la collerette (29) pour qu'elle puisse résister aux températures extrêmes de la combustion; pour cela on établit une circulation forcée d'huile refroidie entre le piston et les parois du cylindre; l'huile est refoulée par la pompe du moteur dans un petit conduit (33) débouchant au milieu du cylindre en un point toujours situé entre les segments d'étanchéité hauts et bas; l'huile ressort par une rangée de petits trous débouchant au ras de la voûte du piston après avoir"traversé jupe et paroi. Au point mort haut le chapeau (26) s'emboite avec très peu de jeu dans le profil évasé de la galette (24), de sorte que le volume de la chambre est pratiquement égal à celui du conduit (6); quand le piston commence sa descente, l'air admis dans le conduit (6) est obligé de passer à qrande vitesse par l'espace annulaire étroit existant entre les pièces céramiques; le combustible est injecté à l'entrée de cet espace et il se produit un mélange très rapide et efficace des constituants. La température et le rayonnement qui régnent à cet endroit est particulièrement élevée; ceci favorise la combustion immédiate et complète du mélange gazeux.
Le transfert de chaleur dans la partie tournante se fait principalement à travers un faisceau de tubes d'acier (34) garni sur toute sa longueur d'ailettes radiales (35); celles-ci sont des rondelles de grand diamètre, en
tôle mince, emmanchées sur les tubes, en vue d'augmenter la surface de contact avec les gaz brûlés, tout en rigidifiant le faisceau. A chaque bout les rondelles sont remplacées par des brides épaisses (36), brasées sur les tubes , et encastrées d'un coté dans un boitier d'admission d'air (37) et de l'autre dans le rotor (15), ces deux pièces étant reliées entr'elles et pressées contre le faisceau par un axe central (38) muni d'un écrou de serrage (39). Pour atteindre le maximum d'efficacité dans l'echangeur on oblige les gaz brûlés à une succession d'aller-et-retour entre le centre et la périphérie, en traversant à chaque fois le faisceau de tubes. On obtient ce mouvement d'une part en empilant sur l'axe (38) des déflecteurs (40) en céramique qui créent une suite de gorges arrondies, d'autre part en plaçant aux endroits voulus, à la place des ailettes, des cloisons de deux types; les unes (41) empêchent le passage extérieur et forcent les gaz à revenir au centre; les autres (42) ferment le passage au centre en s'appuyant contre les déflecteurs (40) . Ceux-ci sont portés à très haute température et créent un rayonnement intense vers 1 'echangeur; leur profil intérieur est aménagé pour avoir le minimum de contact avec l'axe (38); il est préférable que celui-ci soit creux et que l'on y fasse circuler un léger courant d'air.
L'echangeur fixe est aménagé tout autour de l'echangeur tournant et l'enferme complètement, comme on peut le voir sur la coupe transversale de la figure 6. Il comprend un corps principal (43), coulé de préférence dans un alliage bon conducteur, garni de rainures longitudinales externes (44) et internes (45), d'une enveloppe cylindrique extérieure (46) en acier et d'une virole intérieure (47) en acier inoxydable. Côté vanne le corps (43) et son enveloppe (46) se referment vers le centre; côté distribution l'enveloppe se termine par une bride qui permet de fixer tout le bloc de chauffage, avec un emboitement étanche, à la façade avant du stator (21). L'air, à sa sortie des alvéoles (25), est canalisé dans les rainures (44) jusqu'en amont du clapet (48) de la vanne. Les gaz brûlés, après leur dernier passage sur le faisceau (34), pénètrent dans les rainures intérieures (45) par un espace circulaire à l'extrémité de la virole (47); ces gaz, après avoir cédé la majeure partie de leur chaleur initiale, ressortent à l'autre bout de 1'echangeur fixe par une série de trous à travers le corps (43) et l'enveloppe (46), comme le montre la vue en coupe de la figure 8; ces gaz sont ensuite canalisés par une gaine (57) vers l'extérieur.
La vanne d'admission d'air, de type normalement fermée, est fixée et centrée en bout des échangeurs; l'ouverture du clapet (48) est obtenue par envoi d'air sous pression dans un vérin comprenant un corps (50) et un
piston (51) relié au clapet. Le corps de vanne (52) est emmanché au bout et au centre de l'echangeur fixe (43); il comporte le siège et le guide du clapet (48) ainsi que l'axe sur lequel tourne le boitier (37). Le corps de vérin (50) possède une bride qui permet de serrer, d'une manière étanche, l'extrémité de l'enveloppe (46) contre le corps de vanne (52); les plots (53), usinés sur la face avant de celui-ci, assurent le centrage tout en laissant passer l'air vers l'amont du clapet.
La pression régnant en aval est une fonction linéaire de celle existant dans le vérin; on peut donc utiliser cette vanne en détendeur de la pression d'admission; pour avoir en aval la même pression qu'en amont il faut maintenir aussi cette pression dans le vérin. Tout ce dispositif ne comporte aucun ressort et est capable de fonctionner aux températures relativement élevées qui régnent à cet endroit.
Au moment où le clapet s'ouvre et que la pression en aval croit rapidement, l'air admis acquiert, pendant un court instant, une grande vitesse. Il est avantageux d'utiliser l'énergie cinétique correspondante pour déclancher les premiers tours de rotation du moteur,dans le sens voulu; celui-ci est ensuite capable de poursuivre seul son démarrage. Pour cela on dispose sur le trajet radial du mouvement de l'air vers l'entrée du boitier (37) un diffuseur (54) et une petite turbine (55) que l'on peut voir en coupe transversale sur la figure 6. Le diffuseur (54) est solidaire du corps (52) et vient en prolongement de l'axe du palier. La turbine (55) est elle- même intégrée au boitier (37) qui peut être coulé d'une seule pièce, par exemple dans une fonte alliée. Le rotor de distribution (15) comporte un cloisonnement intérieur qui sépare l'air d'admission et les gaz brûlés et contribue" efficacement au transfert de chaleur entre ceux-ci; travaillant en permanence à très haute température il doit être coulé dans un alliage réfractaire ou formé dans un matériau céramique. Sur la figure la vue en coupe a été arrangée afin de montrer en haut le passage pour l'échappement (58) et en bas celui (59) pour l'admission d'air.
L'air sortant du faisceau de tubes (34) remplit d'abord la cavité circulaire (60) de la face avant, puis les deux conduits d'admission (59), enfin une grosse cavité sphérique centrale (61) prolongée par un embout dans lequel s'emmanche l'axe creux (38). Le volume total d'air accumulé dans le rotor est relativement élevé par rapport au volume injecté dans chaque cylindre; ceci limite, en partie, la perte de charge consécutive à la durée très brève de cette injection. La cavité (61) est fermée à l'arrière par un
couvercle (62), en acier, soudé à l'arbre (38) et prolongé par une queue munie d'une portée conique et de cannelures, servant à 1'entrainement de tout l'ensemble tournant.
L'air comprimé frais, en provenance de la centrale, pénétre dans le stator (21) par une entrée latérale et remplit d'abord toute la cavité interne circulaire (99); il traverse ensuite les alvéoles (25) et ressort vers les différentes rainures (44) de l'echangeur fixe. Toute la surface extérieure du stator et de l'enveloppe (46) est recouverte de calorifuge. Sur la face arrière du stator est fixée une plaque isolante, en céramique, avec un alésage central pour le passage de 1'entrainement. Ce dernier est conçu pour réduire au minimum les pertes de chaleur ainsi que la température des pièces sensibles. Il comprend une poulie (56), entrainée par une courroie crantée, tournant dans un roulement (64), lui-même tenu par un support (65) fixé au stator près de l'arrivée d'air, là où la température est la plus basse. Ces pièces, visibles sur la vue arrière de la figure 10, sont largement ventilées par l'air ambiant. La fixation du support (65) est réalisé avec précision, par exemple avec des vis à epaulement de centrage, afin que l'axe de rotation de la poulie (56) coincide avec celui du distributeur. L'accouplement entre ces deux dernières pièces est obtenu par une galette (66), en matériau céramique très isolant, rivetée sur un moyeu en acier (67) lui-même arrimé à la queue du couvercle (62). La galette (66) est entrainée par des axes (68) parallèles, solidaires de la poulie ( .), et sur lesquels elle peut glisser axialement sous l'action des ressorts (69) placés sur ces mêmes axes. En marche la poussée de l'air du palier d'extrémité comprime ces ressorts; à l'arrêt ceux-ci repoussent l'ensemble tournant contre la butée (49) et créent un petit espace entre les surfaces coniques du rotor et du stator; les cylindres peuvent respirer et il n'y a plus de frottement; le moteur tourne à vide sur sa lancée et pour l'arrêter il faut faire appel à un freinage extérieur. Les ressorts (69) maintiennent la poulie (56) contre le roulement (64) qui sera de préférence de type à billes et à contact oblique.
La figure 11 montre, avantageusement rassemblés dans un même boitier (70): une servo-valve qui pilote la pression du vérin (50) de la vanne d'admission, un dispositif d'entrainement, avec déphasage, de la poulie motrice (71) qui entraine elle-même le distributeur à la moitié de la vitesse du villebrequin, enfin la commande associée de ces deux éléments par le câble (72) de la pédale d'accélérateur.
La servo-valve comprend un tiroir (73)coulissant à l'intérieur d'un
piston libre (74) qui reçoit d'un côté la poussée due à la pression de l'air dans la chambre (75) et de l'autre l'effort d'un ressort (76). L'enfoncement du tiroir ouvre un passage pour l'air comprimé vers la chambre (75) et le piston se déplace tant que la pression y est suffisante pour comprimer le ressort (76). Inversement si on laisse reculer le tiroir, par l'effet de son petit ressort de rappel (77), l'air de la chambre s'échappe par le passage créé en bout du tiroir et la chute de pression provoque le retour du piston. Ce dernier suit donc fidèlement le mouvement du tiroir et a chaque position de celui-ci correspond une valeur précise de la pression détendue en aval de la vanne d'admission. Le ressort (76) est calibré pour que cette pression soit maximale en bout de course du tiroir et corresponde, en début de course au couple moteur minimum recherché. Au repos le vérin (50) est mis à l'air libre et la vanne est naturellement fermée.
L'entrainement de la poulie (71) est réalisé au moyen d'un couple de pignons hélicoidaux à axe perpendiculaire et de même diamètre, l'un (78) fixe et solidaire du villebrequin, l'autre (79) mobile et pouvant se déplacer axialement sur un arbre cannelé (84) solidaire de la poulie (71). Un poussoir (80),coulissant dans un couvercle (81) fixé au boitier (70), vient s'appuyer contre un roulement (82) emmanché au bout du pignon (79). Cet ensemble mobile est repoussé vers le couvercle par un ressort (83) qui prend appui au fond d'une cavité de l'arbre (84). Tout ce mécanisme est lubrifié par l'huile du moteur. Lorsque on enfonce le poussoir (80) en comprimant le ressort (83), il se produit un déphasage angulaire entre les deux pignons qui crée une avance au distributeur et le volume d'air admis s'accroit en même temps que l'angle de fin d'admission.
La poulie (71) est fixée sur l'arbre par un emmanchement conique, que l'on bloque par serrage, avec la courroie crantée en place, après avoir soigneusement positionné le distributeur par rapport aux pistons. La rondel¬ le ressort (85) sert à maintenir l'arbre (84) contre ses roulements. La traction du câble (72) par la pédale d'accélérateur s'exerce sur un levier (86) articulé d'un côté à l'extrémité du poussoir (80) et de l'autre à celle du tiroir (73); ce dernier s'enfonce le premier car il ne demande que très peu d'effort; lorsqu'il arrive en bout de course, le poussoir (80) s'enfonce à son tour en exigeant un effort plus élevé, à cause du ressort (83) -et de la réaction des dentures. Le couple délivré par le moteur croit régulièrement sur toute la course pédale; la position correspondant au couple économique est aisément perçue par le conducteur par suite du changement d'effort et lui sert de repère pour la conduite du véhicule.
L'arsenal des technologies existantes, pour doser et injecter un combustible dans un moteur à combustion interne, est suffisamment varié pour offrir des solutions adaptées au moteur à injection totale qui vient d'être décrit. Il faut tenir compte du combustible choisi. La vocation écologique de ce moteur milite en faveur d'un carburant fortement enrichi par des alcools de source végétale; par rapport au gazole un tel combustible aura une viscosité et un pouvoir calorifique plus faible, et inversement une volatilité et une chaleur de vaporisation bien plus grande. Dans ce cas il peut être avantageux de faire appel aux techniques d'injection dites électroniques c'est-à-dire avec des injecteurs dont le mouvement de l'ai¬ guille est commandé par un processeur électronique. Le système proposé par l'invention est schématisé sur la figure 12 et comprend deux parties: l'une pour le pompage, l'autre pour l'injection.
Une pompe rotative volumétrique (87), entrainée par le moteur, aspire le carburant dans un réservoir (88) à travers un clapet anti-retour (89) et le refoule dans un accumulateur (91); la régulation est faite par une electro-valve (92), normalement ouverte et pilotée par la pression. Au départ la vanne se ferme et la pompe (87) charge l'accumulateur (91) jusqu'à ce que la pression de fonctionnement soit atteinte; la vanne s'ouvre alors et la pompe ne débite plus que sur elle-même; à l'arrêt l'accumulateur se vide lentement vers le réservoir à travers un petit ajutage (90).
La partie injection comporte: au moins un injecteur (93) par cylindre et une prise de température (94), un processeur électronique (95), enfin sur le circuit reliant l'accumulateur (91) aux injecteurs (93) un dispositif d'étranglement variable (96), commandé par un petit moteur pas-à-pas (97), qui peut être réalisé par une came dont le profil se déplace devant un trou calibré. Les paramètres de base de l'injection sont reliés, à chaque instant par la relation: 6 . N . V = S . A . U dans laquelle: _ N est la vitesse de rotation du moteur en tours/minute _ V est le volume unitaire de carburant à injecter en cm3 _ S est la section d'étranglement du dispositif (96) en cm2 _ A est la durée angulaire de l'injection en degrés
U est la vitesse du liquide dans la section S en cm/seconde
Cette vitesse U dépend surtout de la pression régulée dans l'accumula- teur et peut donc, en première approximation, être considérée comme constan¬ te. Pour moduler V le processeur va agir essentiellement sur S, en positionnant le moteur (97), et sur A par l'émission très précise des tops qui commandent l'ouverture et la fermeture des injecteurs. La variation
totale du second membre de la relation ci-dessus doit pouvoir égaler celle du premier; par exemple si le rapport de variation de N est 9 et celui de V 8, il faut pouvoir atteindre 72 avec le couple S_A , par exemple en fixant 16 pour S et 4,5 pour A . A partir d'essais complets au banc, en explorant la plage totale des vitesses et des couples, on connaît les valeurs préférentielles à donner à S,A ainsi qu'à l'avance à l'injection. Cette "carte" de valeurs est placée dans la mémoire du processeur (95) et va lui servir de références pour définir son action. A chaque instant le processeur est informé: _ par un capteur magnétique de la position et de la vitesse du villebrequin _ par un capteur de déplacement de la position de la pédale d'accélérateur, donc du couple demandé par le conducteur _ enfin par les capteurs (94) de la température des gaz d'échappement.
A partir de ces éléments le processeur calcule instantanément les paramètres lui servant à piloter le moteur (97) et les injecteurs (93); ce calcul se fait en deux temps: d'abord lire les valeurs dans la mémoire morte ensuite les corriger en plus ou moins en vue de maintenir la température des gaz (94) dans une plage optimale; ce dernier point est particulièrement important; il évite la surchauffe des parties les plus exposées aux hautes températures; il permet au démarrage d'accélérer le réchauffage du moteur; enfin pour toutes les conditions de marche il garantit le meilleur rendement thermodynamique.
Pour accélérer la gazéification du jet de carburant liquide et en même temps protéger le nez de l'injecteur, une buse (98) est placée devant celui- ci et fixée dans un orifice (22) du conduit (6). La figure 13 montre les vues agrandies de ce montage. La buse (98) comporte un noyau central ,qui se termine en pointe juste devant l'orifice d'injection, avec tout autour des rainures hélicoidales. Le carburant s'écoule en nappes minces dans celles-ci en prenant un mouvement tourbillonaire. Il se produit un transfert de chaleur très efficace des parois chaudes au combustible et la majeure partie de celui-ci est gazéifiée avant de pénétrer dans le conduit (6).
Claims
REVENDICATIONS
1) Moteur à pistons, à combustion interne, destiné à 1 'entrainement des véhicules automobiles, fonctionnant suivant un cycle à deux-temps avec injection à la fois du combustible, hydrocarbures et/ou alcools, et du comburant, air comprimé dans un organe séparé du moteur et porté à haute température par les gaz d'échappement, caractérisé en ce que l'admission de cet air depuis sa source (1) jusqu'au(x) cylindre(s) (2) est réalisée au moyen des éléments suivants:
_une vanne d'admission d'air (10), normalement fermée et dont l'ouverture est pilotée par la pédale d'accélérateur (11); _ u distributeur rotatif (15) de forme tronconique avec un conduit (18) amenant l'air par la grande face du cône et au moins un orifice d'injec¬ tion (19), de cet air, disposé à la périphérie; un carter général (3) entourant le distributeur (15), avec un alésage (5) de même conicité que celui-ci, et serré contre le dessus des cylindres (2) par un plateau (4) intégré dans la fonderie dudit carter;
_ pour chaque cylindre (2) un conduit (6) de transfert des gaz., traversant le plateau (4) et débouchant dans l'alésage (5) par un orifice ayant la forme d'une fente, orientée suivant la génératrice du cône; _ une transmission (14) du distributeur (15) par courroie crantée, entrainée par le villebrequin et telle que l'orifice (19) passe devant la fente du conduit (6) quand le piston (13) est proche du point mort haut; un raccord tournant étanche, alimenté en air comprimé par la vanne (10), avec une partie fixe (9), intégrée en bout du carter (3), dans laquelle peut coulisser le conduit (18) et dont on fixe la section pour que l'effort de poussée de l'air sur celui-ci soit juste suffisant en marche pour maintenir en contact le distributeur (15) contre l'alésage conique (5).
2) Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit des gaz brûlés sortant des cylindres (2) et leur transfert de chaleur à l'air d'admission sont réalisés dans un même organe intégré au distributeur (15) et au carter (3) au moyen des dispositifs suivants: au moins un orifice d'éjection des gaz (20) disposé à la périphérie du distributeur (15) de manière à passer devant la fente du conduit (6) durant la course de remontée du piston (13); un premier echangeur (16), de type dynamique, intégré entre le distribu- teur (15) et le conduit (18), parcouru intérieurement par l'air d'admission et extérieurement par le flux axial des gaz s'échappant du distributeur (15)
la surface d'échange étant agrandie par des ailettes externes (17); _ un second echangeur (8), également à contre-courant mais fixe, disposé tout autour du précédant et récupérant la chaleur résiduelle des gaz avant leur rejet à l'air libre; _ un circuit de préchauffage (7), aménagé dans les parois chaudes du carter (3) autour du distributeur (15), dans lequel on fait circuler l'air comprimé frais venant de la source (1) avant son entrée dans l'echangeur (8), tout en abaissant la température des dites parois;
_ une enveloppe de calorifuge (12) disposée tout autour du carter (3). 3) Moteur selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que, dans sa version la plus courante, il est composé d'au moins un ensemble distributeur (15,21) rattaché d'un côté à un groupe de deux cylindres (2), disposés en parallèle avec mouvement en alternance des pistons (13), et de l'autre au groupe des échangeurs, cet ensemble comprenant: _ un rotor de distribution (15), dont la surface conique possède deux orifices d'injection d'air (19), opposés par le diamètre, et de même deux orifices (20) pour l'échappement des gaz brûlés, tournant à la moitié de la vitesse du villebrequin avec un système de déphasage angulaire, piloté par la pédale d'accélérateur, capable de faire varier l'angle de fermeture de l'admission;
_ un stator de distribution (21), en fonte, possédant lui-même:
_ deux conduits (6) symétriques dont les fentes débouchant dans l'alésage conique (5) sont décalées de 90 degrés;
_ une succession d'alvéoles de refroidissement (25) occupant tout le pourtour de l'alésage (5) à l'exception de l'emplacement des conduits (6);
_ sur la face arrière une cavité circulaire 9) qui reçoit l'air frais par au moins une entrée latérale et le répartit dans les alvéoles (25); _ sur la face avant une bride de raccordement;
_ sur chaque côté du plateau (4) des orifices (22), débouchant au bout des conduits (6), et où sont fixés les éléments de contrôle de la combustion (in ecteurs,bougies,capteurs de température) .
4) Moteur selon la revendication 3 caractérisé en ce que chaque cylindre:
_ forme une unité distincte, serrée entre le carter du moteur et le plateau (4) au moyen de tirants (23);
_ se compose d'un corps principal (2), en fonte, garni sur toute sa périphérie de rainures longitudinales (30), autour duquel est emmanché serrée une virole en acier (31), soudée ou sertie à chaque extrémité;
_ est refroidi à la fois extérieurement en faisant circuler ,à partir des tubulures (32) de la virole (31), dans les rainures (30) un liquide sous, pression à base d'eau déminéralisée, et intérieurement en injectant au centre du cylindre, par un orifice (33) de l'huile sous pression, préalablement refroidie dans un echangeur par l'air ambiant; est encastré dans un logement usiné dans le fond du plateau (4) en enfermant une galette (24), en matériau céramique résistant aux très hautes températures, percée au centre d'un trou rond, légèrement évasé, disposé dans le prolongement du conduit (6). 5) Moteur selon l'ensemble des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les pistons sont agencés avec les dispositions particulières suivantes: sur le dessus du corps principal (13), coulé dans un alliage d'aluminium, sont empilés dans l'ordre une rondelle plate élastique (28), en tôle d'acier inoxydable, une plaque isolante rigide (27), enfin un chapeau (26), en matériau céramique résistant aux très hautes températures;
_ ces trois pièces (26,27,28) sont fortement serrées par une collerette (2§) en acier réfractaire, qui prend appui sur les bords du chapeau (26) et porte les segments d'étanchéité supérieurs, et dont la jupe inférieure est attachée avec le corps (13) par brasure et/ou sertissage; _ le corps (13) et la colerette (29) sont directement refroidis par une circulation forcée d'huile sous pression, injectée par les orifices (33) des cylindres, dans un espace annulaire aménagé autour du piston entre les étanchéités haute et basse, et refoulée par une rangée de petits trous qui traversent les parois et débouchent au ras de la voûte du piston; _ le profil supérieur du chapeau (26) s'emboite avec un jeu faible dans celui de la galette (24) pour que le volume au point mort haut soit égal pratiquement à celui du conduit (6) et que lorsque le piston commence sa descente il se crée un passage annulaire évasé étroit entre les pièces céramiques (24) et (26). 6) Moteur selon l'ensemble des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'echangeur tournant comprend les éléments suivants: un faisceau de tubes (34), en acier réfractaire, emmanchés dans une suites de rondelles radiales (35), en tôle mince, offrant une surface de contact direct importante avec les gaz brûlés; _ des brides de raccordement (36), soudées à chaque extrémité du faisceau (34), et emmanchées serrées dans une cavité circulaire, d'un côté contre un boitier (37) qui répartit l'air d'admission dans les tubes, et de l'autre contre le rotor (15) qui distribue cet air aux cylindres;
_ un arbre (38), en acier et creux de préférence, attaché d'un côté au rotor (15) et muni à l'autre d'un écrou (39)permettant de serrer le faisceau (34) entre le boitier (37) et le rotor (15);
_ des déflecteurs (40), en céramique, empilés et centrés sur l'arbre (38), formant une suite de gorges circulaires et n'ayant intérieurement que des petites zones de contact avec l'arbre (38);
_ des cloisons (41,42), disposées régulièrement le long du faisceau (34), et qui complètent l'action des déflecteurs (40) en obligeant le flux des gaz brûlés à effectuer une succession d'aller- et-retours entre le centre et la périphérie en traversant à chaque fois le faisceau de tubes (34) et en léchant les rondelles (35).
7) Moteur selon l'ensemble des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l'echangeur fixe (43,46,47) et la vanne d'admission (50,52), intégrée à son extrémité, forment un organe cylindrique allongé, totalement calorifuge, qui enferme complètement 1'echangeur tournant et comprend:
_ un corps principal (43), coulé dans un alliage bon conducteur de la chaleur, garni de rainures longitudinales externes (44) et internes (45) imbriquées alternativement les unes contre les autres, se refermant en bout sur un alésage dans lequel vient s'emmancher le corps (52) de la vanne; _ une enveloppe extérieure cylindrique (46), en acier, fixée par bride d'un côté à la face avant du stator (21) et de l'autre au corps de vérin (50) de la vanne, emmanchée serrée contre les rainures (44) en formant des canalisa¬ tions dans lesquelles circule et se chauffe l'air venant des alvéoles (25); _ une virole intérieure cylindrique (47), en acier inoxydable, emmanchée serrée dans le corps (43), encerclant avec un jeu très faible les cloisons (41) de 1"echangeur tournant et obligeant les gaz sortant de ce dernier à circuler, à contre-courant, dans les rainures (45) puis à s'échapper à l'air libre par des trous placés au bout de celles-ci qui traversent les parois du corps (43) et de l'enveloppe (46). 8) Moteur selon les revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la vanne assistée par vérin et intégrée en bout de 1'echangeur fixe (43,46), et qui commande l'admission de l'air dans le boitier (37), est réalisée et fonctionne selon les modalités suivantes:
__ le corps de vérin (50) est muni d'une bride qui permet de serrer fortement et d'une manière étanche l'extrémité plate et usinée de l'enveloppe (46) contre le corps (52), dont la face d'appui est garnie de plots (53) assurant à la fois un centrage précis et des passages pour 1'air; _ le corps (52) comporte côté echangeur un embout cylindrique usiné pour
servir d'axe de rotation au boitier (37), avec pour limiter le déplacement axial dudit boitier une rondelle-butée anti-friction (49); l'équipement mobile de la vanne comprend un clapet (48), dont la tige, coulissant dans un guide incorporé au corps (52), est fixée à un piston (51) du corps de vérin (50), la section de ce piston étant légèrement supérieure à celle du clapet (48); à l'arrêt ce clapet est appliqué contre son siège, usiné à l'intérieur de la tubulure précitée du corps (52),par mise à l'air libre de la chambre du vérin (50); _ l'ouverture de la vanne et par suite la mise en marche du moteur est obtenue en envoyant dans la chambre précitée une pression soit égale à celle de la source (1), pour une admission sans détente, soit à une fraction de celle-ci, pour une admission étranglée.
9) Moteur selon l'ensemble des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que les premiers tours du moteur, dans le bon sens, pour amorcer son démarrage sitôt l'ouverture du clapet (48), sont obtenus par: un diffuseur fixe (54), intégré au corps -de vanne (52) dans le prolongement de l'axe de rotation du boitier (37), qui reçoit au centre le flux d'air radial produit par l'ouverture de la vanne et l'oriente, grâce à ses lamelles, en créant un mouvement tournant à grande vitesse; une petite turbine (55), intégrée dans la fonderie du boitier (37) à l'entrée de la cavité circulaire qui alimente le faisceau de tubes (34) et dont les aubes transforment l'énergie cinétique des filets d'air en couple de rotation, le mouvement se transmettant par l'arbre (38) à tout l'équipage mobile du moteur.
10) Moteur selon l'ensemble des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que le rotor de distribution (15) est construit et aménagé ainsi: ledit rotor est coulé dans un alliage, ou formé dans un matériau céramique, résistant aux températures élevées et comporte un cloisonnement intérieur séparant l'air d'admission et les gaz d'échappement;
_ l'air chaud venant du faisceau (34) remplit d'abord la cavité circulaire (60), puis deux conduits (59) qui débouchent sur la paroi conique par les orifices (19), enfin une grosse cavité centrale sphérique (61), prolongée à l'avant par un fourreau dans lequel est emmanché l'arbre (38); _ les gaz brûlés empruntent le passage (58), autour de la cavité (61) et de son fourreau, et sont éjectés axialement au centre; l'arbre central (38) est soudé à une tête (62) qui s'appuie contre la face arrière du rotor, en fermant la cavité (61), et se prolonge par un axe court
muni d'une portée conique et de cannelures pour 1'entrainement du rotor.
11) Moteur selon l'ensemble des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que 1*entrainement du rotor (15) est réalisé avec les éléments suivants: _ une poulie (56) à courroie crantée, entrainée elle-même par le villebre- quin, tournant dans un roulement (64), de préférence à billes et à contact oblique, Im-mÊne tenu dans un support (65), fixé au stator (21) près de l'arrivée d'air, toutes ces pièces (56,64,65) étant largement ventilées par l'air ambiant;
_ une galette (66), en matériau céramique isolant, riveté sur un moyeu en acier (67), lui-même accouplé à la tête (62) et coulissant sur des guides (68), parallèles à l'axe de rotation et intégrés à la poulie (56); _ des ressorts (69), de préférence emmanchés sur les guides (68), qui maintiennent la poulie (56) contre son roulement (64) et, à l'arrêt, repoussent la galette (66) et tout l'ensemble tournant contre la rondelle butée (49) en écartant légèrement la surface conique du rotor (15) de celle de l'alésage (5);
_ une plaque (63), en matière isolante rigide, fixée sur toute la face arrière du stator (21), avec un orifice central ajusté pour fournir un passage étanche au moyeu (67). 12) Moteur selon la revendication 3 caractérisé en ce que le dispositif de déphasage entre le villebrequin et le rotor (15), piloté par la pédale d'accélérateur, comprend: un renvoi par couple de pignons hélicoïdaux, à axe perpendiculaire, l'un (78) fixé au bout du villebrequin, l'autre (79) coulissant axialement, au moyen de cannelures sur un arbre (84) au bout duquel est fixé une poulie crantée (71) entraînant elle-même la poulie (56) du rotor (15); _ un carter (70) en aluminium, muni d'un couvercle (81) pour le montage, rattaché au carter du moteur en bout du villebrequin, avec une circulation de l'huile de celui-ci pour lubrifier les organes précédents (78,79,84); _ un poussoir (80), coulissant dans un alésage central du couvercle (81) exactement dans l'axe de de l'arbre (84) et dont l'extrémité s'appuie contre un roulement rigide à billes (82) fixé au bout du pignon (79); un ressort (83), pour le rappel du poussoir (80), qui s'appuie d'un côté au fond d'une cavité centrale aménagée dans l'arbre (84) et de l'autre maintient fermement le pignon (79), par son roulement (82), contre le couvercle (81)»
13) Moteur selon l'ensemble des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que la pédale d'accélérateur agit progressivement sur la masse d'air
comprimé, injectée à chaque cycle, grâce aux aménagements suivants: _ un câble (72), actionné par la dite pédale, tire au milieu d'un levier articulé (86) qui répartit cet effort d'un côté sur le poussoir (80) et de l'autre sur le tiroir (73) d'une servo-valve à air comprimé dont le corps, intégré au carter (70), a une chambre de mise en pression (75); le tiroir (73) coulisse à la fois dans le corps de la servo-valve et dans un piston libre (74) relié sur sa périphérie à la source d'air comprimé et soumis côté commande à la pression d'air de la chambre (75) et de l'autre à l'effort antagoniste d'un ressort (76); _ l'enfoncement du tiroir (73) dans le piston (74) ouvre un passage de l'air comprimé vers la chambre (75) et son recul, par le petit ressort de rappel (77), laisse sortir l'air de cette même chambre vers l'extérieur; _ la pression dans la chambre (75), qui croit avec l'enfoncement du tiroir (73) et la compression du ressort (76), est transmise par tuyauterie au vérin (50) de la vanne d'admission; le ressort est calibré pour qu'en bout de course cette pression soit égale à celle de la source d'air comprimé; _ le ressort (83) est dimensionné pour que l'enfoncement du poussoir (80) exige un effort nettement plus élevé que celui du tiroir (73) et commence quand ce dernier est en bout de course, en créant une position de repère, de la pédale d'accélérateur, pour la conduite économique du véhicule;
14) Moteur selon l'ensemble des revendications 1 à 13 caractérisé en ce que le système de dosage et d'injection du carburant comprend: _ un accumulateur (91) dans lequel le carburant est maintenu à une pression constante par une pompe volumétrique (87) entrainée par le moteur; _ par cylindre au moins un injecteur (93), à commande électrique par solénoide, et une prise de température (94), tous deux fixés dans les orifices (22) débouchant dans le conduit (6);
_ entre l'accumulateur (91) et les injecteurs (93) un dispositif (96) créant une section étranglée variable au moyen d'une came, entrainée par un moteur pas-à-pas (97), et dont le profil s'écarte progressivement d'un ajutage; un processeur électronique (95) qui pilote en même temps le moteur (97) et les injecteurs (93) à partir d'informations transmises par capteur: vitesse et position du villebrequin, position de la pédale d'accélérateur, température des gaz brûlés; _ une buse (97), centrée juste devant la sortie de chaque injecteur, forçant le jet de carburant à se diviser en nappes multiples dans des rainures hélicoïdales disposées sur toute la périphérie de la dite buse.
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