FR2544384A1 - Turbomoteur compound perfectionne - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN TURBOMOTEUR COMPOUND PERFECTIONNE. CE TURBOMOTEUR COMPREND DES PISTONS CLASSIQUES A MOUVEMENT DE VA-ET-VIENT 15, DES CYLINDRES 18, DES COLLECTEURS 19, UN DISPOSITIF DE MELANGE CARBURANT-OXYGENE OU UN INJECTEUR DE CARBURANT, UN DISPOSITIF D'ALLUMAGE PAR ETINCELLES OU PAR COMPRESSION ET, EN GUISE DE PERFECTIONNEMENT, DES TUYERES 31 DESTINEES A ACHEMINER LES PRODUITS DE COMBUSTION CHAUDS ET A PRESSION MODEREMENT ELEVEE (GAZ D'ECHAPPEMENT) DES CYLINDRES RESPECTIFS 18 A UNE OU PLUSIEURS TURBINES 43. L'INVENTION EST UTILISEE POUR RECUPERER UN POURCENTAGE PLUS ELEVE DE L'ENERGIE DISPONIBLE DANS LES GAZ D'ECHAPPEMENT DES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE.

Description

Turbomoteur compound perfectionné.

La présente invention concerne des moteurs à combustion interne et, plus particulièrement, des turbomoteurs compound perfectionnés permettant une utilisation plus efficace des gaz d'échappement grâce

à une ou plusieurs turbines associées à un tel moteur.

Dans la technique antérieure,-on a utilisé une grande diversité de moteurs à turbocompresseur dans lesquels les gaz d'échappement étaient aspirés

à travers des turbines pour faire tourner des compres-

seurs ou des dispositifs analogues en vue de comprimer l'air pour les mélanges carburant-air dans-le moteur,

ainsi qu'une combinaison avec le vilebrequin du moteur.

Dans ces moteurs de la technique antérieure dans les-

quels on utilise des turbines d'échappement, on a ob-

servé un pourcentage exceptionnellement élevé de pertes de charge irréversibles dues à l'étranglement des gaz d'échappement, ainsi que d'autres pertes irréversibles avant que les gaz d'échappement chauds sous pression réduite aient été déchargés à travers la turbine pour céder leur énergie Des exemples spécifiques de la technique antérieure mis à jour à la suite de recherches préliminaires sont les inventions décrites dans les

brevets des Etats-Unis d'Amérique ci-après Le bre-

vet 995 348 n'est pas pertinent, mais décrit un moteur dynamique à deux temps dans lequel un volant de purge

du type à impulsion est utilisé pour faciliter l'évacua-

tion des gaz d'échappement Le brevet 1 504 187 n'est

pas pertinent, mais décrit la carburation pour un mo-

teur à combustion interne dans lequel le carburant est vaporisé et mélangé à lair Le brevet 1 921 907

n'est pas pertinent et concerne uniquement la disposi-

tion des pièces constitutives dans le but d'obtenir un

"ensemble compact", aucune considération d'ordre thermo-

dynamique n'y étant mentionnée ou revendiquée Le bre-

vet 1 963 780 décrit un turbocompresseur pour un grou-

pe propulseur à moteur à combustion interne dans le-

quel les gaz d'échappement entraînent une turbine des-

tinée à comprimer l'air ou le mélange carburant-air d'admission pour la charge de fin de course uniquement. Le brevet 2 245 163 n'est pas pertinent et décrit un groupe propulseur d'avion dans lequel une turbine est reliée activement au côté de décharge du moteur pour entraîner le compresseur du moteur de l'avion et/ou pour se combiner avec ce moteur Le brevet 2 858 666

concerne en quelque sorte une utilisation plus effica-

ce de l'énergie des gaz d'échappement dans le but d'en-

trainer un turbocompresseur sur un moteur à deux temps.

Le brevet 2 932 156 n'est pas pertinent et l'on y dé-

crit un système consistant à ménager des lumières des-

tinées à éviter une interférence entre les impulsions

d'échappement Le brevet 2 982 087 n'est pas perti-

nent et concerne uniquement des compresseurs et des gé-

nérateurs de gaz à pistons libres Le brevet

3 029 594 n'est pas pertinent, mais illustre un turbo-

compresseur et un moteur accouplés Le brevet

3.673 798 décrit un système bien conçu, mais il ne con-

cerne pas le "problème" des pertes irréversibles se pro-

duisant lors de la récupération de l'énergie des gaz

d'échappement Le brevet 3 913 542 n'est pas perti-

nent, mais concerne des commandes de turbocompresseurs simplifiées D'après ces brevets, on peut constater que la technique antérieure ne concerne pas de manière

significative le problème de l'irréversibilité des per-

tes se produisant lors de la récupération de l'énergie des gaz d'échappement Seul, le brevet précité

2.858 666 concerne le souhait d'obtenir une plus gran-

de énergie à la sortie de la turbine, laquelle est en-

suite utilisée uniquement pour la turbocompression des moteurs à deux temps De plus, les textes relatifs à la conception des moteurs Xaux cycles théoriques

des moteurs, ainsi qu'aux processus, et cycles idéali-

sés, aux compresseurs, aux turbines d'échappement, aux échangeurs de chaleur et aux éléments de machines ont fait mention de la nécessité de trouver une-solu-

tion au problème que posent ces pertes irréversibles.

Dans son texte intitulé "INTERNAL COMBUSTION ENGINES AND AIR POLLUTION", "Idealized Cycles and Processes", Harper and Rowe, New York, 1973, Edward Obert écrit: "dans le moteur réel, une fraction seulement (environ %) du travail de purge peut être réalisé, étant donné que le processus réel est irréversible" Dans son texte intitulé "THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE IN THEORY AND PRACTICE", seconde édition, MIT Press, Massachusetts, 1967, volume 1, page 386, Charles

Taylor écrit "Dans la pratique, il est difficile de réa-

liser davantage qu'une fraction des plus modestes de l'énergie de purge théorique pour les raisons suivantes: 1 La nature instable de l'écoulement à travers la turbine

2 Les pertes de charge se produisant dans les lumiè-

res ou la soupape d'échappement 3 Les déperditions de chaleur ayant lieu entre la

turbine et la soupape d'échappement" Dans le volu-

me 2, Taylor note que des gains sont possibles, mais il

ne fait pas mention de la solution décrite et revendi-

quée ci-après.

Dès lors, comme on peut le constater, bien que la technique antérieure ait admis le problème, elle

n'a proposé aucune solution pragmatique en vue de rédui-

re ces pertes irréversibles qui sont la cause de l'inef-

ficacité de la récupération de l'énergie totale des gaz

d'échappement et de la transformation-d'une grande par-

tie de cette énergie en puissance utile.

En conséquence, un objet de la présente inven-

tion-est de fournir un appareil permettant de récupé-

rer un pourcentage relativement élevé de l'énergie

utilisable des gaz d'échappement d'un moteur à combus-

tion interne, ce qui n'a pas été possible jusqu'à pré-

sent.

Spécifiquement, un objet de la présente in-

vention est de fournir une ou plusieurs turbines qui sont disposées et reliées aux cylindres respepctifs

de façon à réduire les pertes irréversibles et de per-

mettre la-récupération d'une plus grande proportion de

l'énergie utilisable des gaz d'échappement, comparati-

vement à celle récupérée par l'appareil de la techni-

que antérieure.

Ces objets, ainsi que d'autres apparaîtront

à la lecture de la description ci-après, en particu-

lier, en se référant aux dessins annexés.

Suivant la présente invention, on prévoit un perfectionnement dans une combinaison avec un moteur à combustion interne classique Comme on le sait, le moteur à combustion interne comprend des cylindres dans lesquels des chambres de combustion respectives sont

définies entre les culasses et les pistons Des col-

lecteurs d'admission et d'échappement respectifs sont prévus dans ce moteur Un carburateur ou un dispositif analogue est prévu pour mélanger le carburant entrant

avec un gaz contenant de l'oxygène Un moyen d'alluma-

ge est prévu pour enflammer le carburant à l'intérieur

de la chambre de combustion Des lumières d'échappe-

ment sont ménagées pour décharger périodiquement les produits de combustion chauds à grande vitesse des

chambres de combustion à l'intérieur des cylindres.

Le perfectionnement consiste à prévoir au moins une

tuyère respective dont l'entrée est contiguë à la pa-

roi du cylindre et dont la sortie est contiguë à une

turbine pour tous usages pratiques, de façon à transfé-

rer les gaz d'échappement chaudssous haute pression du cylindre situé à l'entrée de la tuyère, à l'entrée de

la turbine avec une perte d'énergie minimum et une vi-

tesse maximum, maximalisant ainsi l'énergie cinétique fournie à l'entrée de la turbine Spécifiquement, les gaz d'échappement contenus dans le cylindre céderont leur énergie résiduelle avec des pertes irréversibles

nettement inférieures à celles envisagées dans la tech-

nique antérieure.

Comme on le comprendra, dans la structure spé-

cifique, l'entrée de la tuyère entoure la lumière de dé-

charge du cylindre respectif et son extrémité de déchar-

ge est, dans les limites praticables, contiguë au passa ge d'entrée de la turbine Ainsi qu'il est mentionné

implicitement ci-dessus, on peut prévoir une seule tur-

bine comportant plusieurs lumières d'admission communi-

quant avec plusieurs tuyères respectives afin d'assurer

un écoulement plus efficace et plus constant des pro-

duits de combustion à travers la turbine D'autre part, on peut utiliser plusieurs turbines respectives dans

un seul moteur, chacune avec-ses passages d'entrée re-

liés aux extrémités de décharge des tuyères de cylindres

sélectionnés en vue d'une utilisation efficace de l'éner-

gie contenue dans les produits de combustion Telle qu'elle est utilisée ici, l'expression "produits de combustion" désigne les produits d'échappement, ou de décharge qui renferment les produits de combustion tels que l'anhydride carbonique, l'eau et l'oxyde de

carbone, ainsi que les autres gaz chauds tels que l'azo-

te, les oxydes nitreux et analogues pouvant avoir une enthalpie élevée en raison de leur pression et de leur température élevées au moment o ils sont déchargés du

cylindre D'autres expressions utilisées ici comme syno-

nymes de produits de combustion englobent les gaz

d'échappement et les produits de décharge.

Ainsi que cela est contenu implicitement

dans ses objets précités, la présente invention illus-

tre un moyen destiné à provoquer une expansion effi-

cace des gaz d'échappement d'un cylindre en les fai-

sant passer des conditions régnant à l'intérieur de

ce dernier à la pression atmosphérique dans le proces-

sus qui est aussi proche que possible d'un processus adiabatique réversible (isentropique), maximalisant

ainsi l'énergie secondaire résultante qui est récupé-

rée en termes de puissance mécanique à l'arbre pou-

vant être solidarisé à un arbre secondaire en vue d'en-

trainer ce dernier pour suppléer à des accessoires de commande et de propulsion ou assurer d'autres besoins en énergie, par exemple, pour suppléer à la puissance principale du vilebrequin L'accouplement mécanique

de la turbine au vilebrequin du moteur n'est pas méca-

niquement simple en raison de différences de vitesse

caractéristiques, mais il est illustré et décrit ci-

après plus en détail.

Dans les dessins annexés la figure 1 est une vue en coupe transversale

partielle illustrant un système de turbine d'échappe-

ment dans lequel on utilise un premier ensemble tuyère-

soupape avec une deuxième soupape classique pour l'échap-

pement des gaz résiduels; la figure 2 est une vue en coupe transversale

partielle illustrant une turbine alimentée par un en-

semble tuyère-étranglement-soupape variable, avec une deuxième soupape classique pour l'échappement des gaz résiduels; la figure 3 est une illustration schématique comprenant une vue en élévation latéralepartielle et en coupe transversale partielle, ainsi qu'une vue par

le dessus d'une forme de réalisation de la présente in-

vention, montrant une lumière latérale de cylindre avec un ensemble tuyère-manchon-soupape et' une turbine qui occupe une position centrale;

la figure 4 illustre un ensemble tuyère-étran-

glement-soupape variable dans la forme de réalisation à lumière latérale de cylindre suivant la présente in- vention;

la figure 5 illustre un ensemble tuyère-fente-

soupape à travers un arbre à rotation rythmée suivant

une autre forme de réalisation de la présente inven-

tion; la figure 6 est une vue schématique illustrant plusieurs tuyères de cylindres convergentes débouchant dans une seule entrée d'une turbine à écoulement radial suivant une autre forme de réalisation encore de la présente invention; la figure 7 est une illustration schématique des dispositions respectives de turbomoteurs compound

dans lesquels on utilise des nombres variables de cylin-

dres et différents types de dispositions de ces der-

niers, conjointement avec des emplacements de turbine

respectifs permettant le montage des ensembles cylin-

dres/tuyères/turbine(s) respectivement adjacents; et

la figure 8 est une vue schématique illus-

trant un appareil destiné à solidariser l'arbre de la turbine d'échappement et le vilebrequin du moteur en

vue d'obtenir une plus grande puissance de sortie sui-

vant une forme de réalisation de la présente invention.

On pense qu'il est utile de répéter et d'insis-

ter sur certaines des considérations théoriques avant

d'entamer la description des différentes formes de

réalisation de la présente invention En raison de

la nature inhérente du taux d'expansion et de com-

pression inférieur (les taux de compression étant li-

mités par 1-es conditions requises en ce qui concerne l'indice d'octane), dans la pratique, les moteurs à allumage par étincelles abandonnent une plus grande

partie de l'énergie totale dans leur échappement.

En raison de ces caractéristiques, l'utilisation ef-

ficace de l'expansion utile et intégrale à la pres-

sion atmosphérique comme c'est le cas dans le système de la présente invention, apportera vraisemblablement un perfectionnement relatif plus important au moteur à allumage par étincelles qu'au moteur Diesel, encore qu'un tel système puisse être utilisé avantageusement

avec le moteur Diesel.

On rappellera que, dans les moteurs à combus-

tion interne, on utilise habituellement plusieurs pis-

tons et cylindres respectifs assemblés à un vilebrequin

commun Toutefois, afin de simplifier la description

et la compréhension de la présente invention, les for-

mes de réalisation les plus simples à cylindre, piston, tuyère, soupape et turbine unique seront illustrées

en premier lieu en se référant aux figures 1-5.

En se référant aux figures 1-4 pour la des-

cription générale du moteur à combustion interne, la

combinaison 11 comprend un moteur à combustion inter-

ne 13 qui, à son tour, comprend au moins un piston respectif à mouvement de va-et-vient 15, un cylindre

18, au moins une culasse respective 17 montée respec-

tivement sur ce cylindre et entourant l'extrémité de ce dernier en vue de définir une chambre de combustion pour le piston, un collecteur d'admission 19 relié au cylindre pour y acheminer au moins un gaz contenant de l'oxygène, un moyen destiné à mélanger le carburant entrant avec ce gaz contenant de l'oxygène, un moyen d'allumage destiné à enflammer le carburant et le gaz

contenant de l'oxygène en vue de développer de l'éner-

gie, ainsi qu'une lumière d'échappement 21 destinée à décharger périodiquement les produits de combustion

chauds sous haute pression hors du cylindre, cette lu-

mière d'échappement étant disposée dans une paroi

de délimitation respective de la chambre de combus-

tion, au sommet ou à la base La paroi de délimita-

tion peut être la culasse comme illustré dans les figures 1 et 2, ou la paroi du cylindre, comme illus-

tré dans les figures 3-5.

Le moteur à combustion interne 13 peut être de n'importe quel type comme indiqué ci-dessus, avec cycle à deux temps ou à quatre temps Spécifiquement,

il est constitué du moteur à combustion interne du ty-

pe à essence comportant une bougie d'allumage ou ana-

logues pour enflammer le carburant du mélange carbu-

rant-air et développer ainsi de l'énergie Il peut éventuellement être un moteur du type à allumage par compression, avec ou sans bougies incandescentes ou

catalyseurs en vue dé faciliter l'amorçage de la com-

bustion lorsque la pression et la température sont

suffisamment élevées, comme c'est le cas dans un mo-

teur Diesel Les bougies pour l'allumage du carbu-

rant, le carburateur pour le mélange entre le carbu-

rant et l'air ou, en variante, le système d'injection sous pression pour injecter le carburant dans l'air sous pression, sont tous des dispositifs classiques bien connus et illustrés pour lesquels il n'est pas

nécessaire d'envisager une illustration et une des-

cription ici En conséquence, ils ne sont pas re-

présentés dans les figures 1-4 pour simplifier l'il-

lustration.

De même, le piston 15 est également bien con-

nu Il comporte habituellement des segments autour de sa périphérie afin d'empêcher l'échappement des fluides sous haute pression développant l'énergie après l'allumage et la combustion Comme-on peut le constater, le piston est habituellement solidarisé,, par une tige représentée par des traits discontinus 2-3 (figure 3), à un vilebrequin 25 qui comporte des bras

de manivelles respectifs et tourne autour d'un axe.

Le vilebrequin 25 du moteur (figures 3 et 8) sert à distribuer l'énergie engendrée par ce dernier, par exemple, pour entraîner une transmission automatique

ou analogues.

Evidemment, d'autres moyen sont également utilisés pour entraîner des accessoires Par exemple,

des courroies de ventilateurs ou analogues sont utili-

sées pour entraîner des compresseurs de réfrigérant ou d'air, des générateurs, des alternateurs, des pompes

directrices d'énergie, des pompes à eau et analogues.

Tous ces dispositifs sont à nouveau de conception clas-

sique et n'ont que relativement peu d'importance pour

la présente invention, si bien qu'il n'est pas néces-

saire d'en donner une description détaillée ici.

Le cylindre 18 peut être un cylindre de mo-

teur bien connu de n'importe quel type convenant pour

le domaine de technologie (avions, véhicules automobi-

les, véhicules de chemin de fer, véhicules marins, ma-

chines fixes, etc) dans lequel on envisage d'utiliser le moteur Il peut être à refroidissement par air ou par liquide Les culasses et cylindres respectifs, ainsi que leur liaison réciproque respective étanche

à l'aide de joints, de boulons prisonniers et analo-

gues, sont bien connus et il n'est pas nécessaire d'en

donner ici une description détaillée Suivant la pré-

sente invention et selon la pratique habituelle, des

passages respectifs sont prévus pour des fluides de re-

froidissement, des huiles de graissage et analogues.

De même, un collecteur d'admission est prévu pour acheminer au moins un gaz contenant de l'oxygène et, habituellement, un mélange de carburant et du gaz

contenant de l'oxygène (par exemple, un mélange de car-

burant et d'air dans un moteur à allumage par étincel-

les), à la chambre de combustion en vue de développer

de l'énergie pour la course motrice lorsqu'il est allu-

mé Suivant la présente invention, on peut utiliser

n'importe quel type de collecteur classique pour ache-

miner l'air et le carburant dans le cylindre Comme

le montrent les figures 1 et 2, le collecteur d'admis-

sion est formé dans la culasse et il comporte une sou-

pape soulevante 27 destinée à assurer l'ouverture pour laisser pénétrer le mélange carburant-air à un moment

approprié qui est déterminé par des cames mises en ac-

tion par un arbre ou analogues.

D'une manière semblable, une lumière d'échap-

pement 21 est prévue à la partie supérieure ou infé-

rieure du cylindre pour évacuer les produits de com-

bustion après la combustion Dans les moteurs à quatre temps, une soupape d'un certain type est habituellement

prévue à la lumière d'échappement pour assurer son ou-

verture et permettre ainsi l'écoulement des produits de combustion dans le collecteur de décharge D'autre

part, dans les moteurs à deux temps, la lumière d'échap-

pement 21 est fréquemment ouverte ou découverte par un

* mouvement descendant du piston 15 Cette lumière la-

térale peut également être prévue dans les moteurs à quatre temps, et une telle conception est illustrée

dans les figures 3-5.

C'est ici que les avantages respectifs de la

présente invention entrent en jeu pour assurer un pour-

centage de récupération étonnamment élevé de l'énergie

utilisable des produits de combustion.

En se référant à la figure 1, on prévoit deux soupapes d'échappement La première soupape de tuyère 29 des deux soupapes d'échappement s'ouvre à mesure que le piston se rapproche du bas de la course motrice (détente) Cette soupape de tuyère ou de purge 29 est à ouverture très rapide et elle laisse passer le gaz d'échappement du cylindre vers sa tuyère de turbine respective 31 L'extrémité d'entrée 33 de cette

tuyère de turbine 31 est contiguë à la paroi de déli-

mitation 35 de la chambre de combustion 37 qui est adjacente à la lumière d'échappement 21, et elle en-

toure de manière étanche cette dernière afin d'empê-

cher les produits de combustion chauds sous haute

pression de s'échapper dans l'atmosphère L'extrémi-

té de décharge 39 de la tuyère 31 est reliée à l'en-

trée 41 d'une turbine 43 Autrement dit, le passage d'entrée de la turbine 43 est conçu pour permettre un

écoulement régulier des produits de combustion prove-

nant de l'extrémité de décharge 39 de la tuyère 31 et minimiser ainsi les pertes irréversibles, la chute de pression et autres phénomènes semblables se produisant avant que l'énergie soit cédée à la turbine 43 La configuration de la tuyère est étudiée en fonction des

conditions d'écoulement et de pression afin de maxima-

liser l'efficacité de la récupération d'énergie.

La turbine 43 peut être n'importe quelle tur-

bine permettant une utilisation efficace de ce type

d'écoulement intermittent des produits de combustion.

Habituellement, la turbine de purge est celle qui con-

vient le mieux, car elle supprime le désavantage ré-

sultant des pertes de pompage du moteur et elle réduit au minimum les pertes d'écoulement irréversibles En d'autres termes, la conception de la tuyère à son

étranglement et à ses extrémités d'entrée et de déchar-

ge est étudiée de telle sorte que, en combinaison avec les passages d'entrée de la turbine, elle permette de restituer une quantité aussi importante que possible de l'énergie cinétique et thermique des produits de combustion, tout en maintenant une évacuation adéquate

_ de ces derniers hors du cylindre De plus, la dispo-

-sition des différents éléments est étudiée de telle ma-

nière que la turbine soit placée aussi près que possi-

ble des lumières d'échappement du cylindre -(en en étant espacée d'une distance égale à une longueur de tuyère) afin que les pertes d'écoulement irréversibles dues à la friction dans les canalisations selon la technique antérieure n'entravent pas un fonctionnement efficace suivant la présente invention L'étranglement de la tuyère de la turbine est dimensionné et façonné pour assurer une transformation optimale aussi rapide et efficace que possible des produits de combustion et de leur enthalpie en énergie cinétique La soupape à ouverture rapide 29 est dimensionnée aussi largement

que possible par rapport à la dimension de l'étrangle-

ment de la tuyère de façon à minimiser 1 ' "étrangle-

ment".

Une deuxième soupape soulevante plus petite avec un passage d'écoulement de rechange, illustrée schématiquement en figure 1 par des lignes en traits discontinus 45 et visible en 46 en figure 2, s'ouvre

à une certaine position de rotation ultérieure du vile-

brequin lorsque la majeure partie de l'énergie utile des gaz d'échappement est épuisée à travers la tuyère

31 et la turbine 43 Spécifiquement, la seconde soupa-

pe d'échappement s'ouvre alors que-la première soupape

29 commence à se fermer La seconde soupape d'échappe-

ment décharge les gaz résiduels sous pression relative-

ment faible directement dans la tubulure d'échappement 47 servant de collecteur d'échappement Dès lors, ces

gaz passent directement dans l'atmosphère et contour-

nent la turbine Il peut s'avérer pratique de suppri-

mer cette seconde soupape d'échappement.

On peut envisager une autre disposition de la

soupape d'échappement double dans la culasse supérieu-

re en utilisant des soupapes soulevantes classiques, des soupapes à manchon ou d'autres types de soupapes,

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avec une ouverture séquentielle comme décrit ci-des-

sus. En se référant à la figure 2, on utilise les

mêmes éléments respectifs dans le moteur de base, con-

jointement avec la turbine 43, le collecteur d'échap- pement 47, ainsi que le passage de gaz résiduels et la soupape 45, 46 utilisés en variante Dans la forme de

réalisation de la figure 2, on peut apercevoir la se-

conde soupape 46, étant donné que la première soupape 29 n'est pas utilisée En revanche, on utilise une soupape 51 placée à l'étranglement de la tuyère et

faisant partie de l'étranglement de la tuyère 31.

Comme l'indiquent-les lignes en traits discontinus 53, la soupape pivotante 51 peut être déplacée vers sa position de fermeture autour de son pivot 55 au moyen d'une tige-poussoir 57, par exemple, à l'intervention

d'une came ou analogues, permettant ainsi une ouver-

ture aisée de la soupape, tout en assurant un écoule-

ment régulier des produits de combustion à travers la

tuyère 31 au cours de tous les stades d'ouverture.

Ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus, l'entrée ou l'ad-

mission 33 de la tuyère est contiguë à et fait partie

dela paroi de délimitation 35 de la chambre de combus-

tion 37 En réalité, dans les formes de réalisation des figures 1 et 2, l'entrée de la tuyère est située

dans la culasse à proximité de la lumière de déchar-

ge 21 La forme de réalisation de la figure 2 permet une variation optimale plus aisée du contour de la tuyère au cours d'une purge commençant à partir d'une

pression élevée (engendrant un écoulement supersoni-

que à travers une tuyère convergente-divergente) et diminuant ensuite pour se rapprocher de la pression

atmosphérique lorsque la soupape de tuyère est complè-

tement ouverte avec le contour de tuyère convergente simple Ainsi qu'on l'a indiqué ci-dessus, l'entrée 41

de la turbine 43 est combinée pour assurer un écoulement régu-

lier et réduire au minimum les pertes irréversibles dues à 1 ' "étranglement", les pertes dans les canalisations

et analogues.

La seconde soupape 46 et le passage d'écoule- ment d'échappement représenté par des lignes en traits

discontinus 45 fonctionnent de la manière décrite ci-

dessus à propos de la figure 1 pour permettre l'éva-

cuation des gaz résiduels hors du cylindre sans entra-' ver un développement efficace d'énergie dans le moteur 13 Tout comme dans la forme de réalisation de la fi-

gure 1, il peut s'avérer plus pratique de supprimer la

seconde soupape 46 en permettant, à la soupape de tuyè-

re, de rester ouverte en direction de la turbine pen-

dant tout le cycle d'échappement.

Telle qu'elle est illustrée dans les formes

de réalisation des figures 1 et 2, l'extrémité d'en-

trée de la tuyère est contiguë à et fait partie inté-

grante de la paroi de délimitation formée par la cu-

lasse Dans bon nombre de moteurs tels que des mo-

teurs à deux temps et analogues, l'extrémité d'entrée de la tuyère peut être contiguë à et faire partie d'une paroi latérale du cylindre ou analogues comme

illustré dans les figures 3-5; par exemple, les lumiè-

res latérales d'échappement habituellement utilisées sur la plupart des moteurs à deux temps seront formées

de la sorte Suivant la présente invention, la lumiè-

re latérale 21 est façonnée et forme une extrémité d'en-

trée intégrale lisse pour la tuyère 31, tandis qu'elle

est dimensionnée pour décharger efficacement les pro-

duits de combustion du cylindre à travers la tuyère 31

et contre la turbine adjacente 43 à l'extrémité de dé-

charge 39 de la tuyère Cette conception peut être appliquée à des moteurs à quatre temps, ainsi qu'avec

la soupape d'échappement double.

En se référant à la figure 3, les cylindres 18 fonctionnent de la manière habituelle avec leur

piston associé 15 qui y effectue un mouvement de va-

et-vient, et ils se déchargent dans la turbine 43 à l'intervention des tuyères 31, à plusieurs passages- d'entrée.

Une soupape d'échappement classique peut tou-

jours être éventuellement utilisée à la culasse, mais avec ouverture différée comme c'est-le cas dans la

forme de réalisation à deux soupapes décrite en se ré-

férant aux figures 1 et 2, de façon à s'ouvrir lorsque l'énergie de purge utile a été épuisée à travers la

tuyère 31 Une telle soupape est requise dans les mo-

teurs à quatre temps La forme de réalisation des fi-

gures 3-5 présente à la fois des avantages et des in-

convénients vis-à-vis de la forme de réalisation à deux soupapes décrite en se référant aux figures 1 et 2 L'inconvénient réside dans le fait que, dans le

cas des moteurs à quatre temps, un moyen doit être pré-

vu pour empêcher le mouvement du piston de rouvrir la

lumière de la soupape de tuyère une révolution de vile-

brequin après que le piston achève une course d'admis-

sion et entame une course de compression En consé-

quence et uniquement dans le cas des moteurs à quatre temps, un système de soupape spécial doit être prévu pour bloquer le parcours entre la tuyère et la turbine toutes les deux révolutions de vilebrequin lorsque le

piston est en bas de course A cet effet, on peut utili-

ser l'une ou l'autre des soupapes illustrées dans les figures 3-5 Spécifiquement, la soupape peut être une soupape à tiroir 55 (figure 3) qui est ouverte par une came 57 à l'encontre de la force d'un ressort 59 Ce type de soupape à tiroir est parfois appelé également -soupape à manchon Fondamentalement, elle fonctionne pour faire coulisser un manchon imperméable à travers

2544384-

O l'ouverture définie dans l'étranglement de la tuyère 31 Toutefois, lorsque cette soupape est ouverte, la délimitation de l'ouverture définit une paroi lisse

qui vient se confondre dans la tuyère à écoulement ré-

gulier afin d'empêcher des pertes de charge ou une

perturbation dans l'écoulement Un assemblage tuyère-

étranglement-soupape variable est illustré dans la

forme de réalisation de la figure 4 Dans cette der-

nière, la soupape 61 fonctionne de la même manière que la soupape 51 de la figure 2 Autrement dit, elle pivote autour de l'axe 63 en réponse au mouvement de

la tige-poussoir 65.

La figure 5 illustre un autre système pou-

vant être envisagé pour fermer la lumière latérale lors de révolutions alternées et qui constitue un "arbre de soupape de tuyère" tournant à une vitesse égale au quart de celle du vilebrequin (la moitié de la vitesse de l'arbre à cames), l'arbre 69 comportant des fentes ouvertes 67 à travers lesquelles chacune des tuyères respectives se décharge au cours de la purge Une révolution de vilebrequin plus tard, les fentes pourraient être à 900 et fermées pour empêcher tout écoulement de fluide au début de la course de

compression Après une nouvelle révolution, les fen-

tes de la tuyère sont à 1800 en étant ainsi à nouveau

correctement ouvertes.

Parmi les avantages qu'offrent ces formes de

réalisation à lumière latérale, on mentionnera la sim-

plicité de conception grâce à laquelle la turbine peut être localisée sur le côté du bloc moteur, plutôt qu'à l'emplacement déjà encombré de la culasse Toutefois, l'emplacement de la turbine et des autres éléments du moteur doit être optimalisé afin de tirer avantage de la lumière et de la soupape d'échappement nettement

plus petites devant être prévues dans la zone de la cu-

lasse et, en particulier, d'utiliser l'espace accru ainsi rendu disponible pour la lumière et la soupape

d'admission, ce qui permet d'améliorer le fonctionne-

ment du moteur et la conception du système d'admission en raison de l'accroissement de la capacité d'écoule- ment d'air Un autre avantage important réside dans le fait que l'on obtient ainsi un parcours simple et dégagé pour la purge des produits de combustion hors du cylindre, supprimant ainsi l'étranglement habituel de la soupape soulevante, ainsi que ses problèmes d'échauffement et de refroidissement Etant donné que

l'on évite la présence de la majeure partie des pro-

duits de combustion de purge à haute température et à

grande vitesse dans la-chambre de combustion supé-

rieure du cylindre, cette zone importante sera beau-

coup plus froide, permettant ainsi l'utilisation de taux de compression plus élevés avec un carburant d'un indice d'octane donné avec, pour conséquence, un accroissement supplémentaire de l'amélioration du rendement que l'on ne pourrait obtenir dans d'autres conditions.

La figure 6 illustre une forme de réalisa-

tion différente permettant d'améliorer le rendement

de la turbine.

En se référant à la figure 6, plusieurs cylin-

dres respectifs 18 sont reliés à des tuyères respecti-

ves 31 dont les extrémités d'entrée respectives 33 sont contiguës aux parois de délimitation respectives de chambres de combustion respectives et dont les extrémités de décharge respectives 39 sont reliées sans transition à l'entrée 41 de la turbine 71 Dans la forme de réalisation illustrée, la turbine 71 est, de préférence, une turbine à écoulement radial, tandis que les cylindres groupés 18 du moteur ont tendance à

intégrer les purges d'échappement par ailleurs pulsa-

toires au départ des cylindres respectifs De façon

connue, plus le nombre de cylindres pouvant être re-

liés à la turbine de la manière illustrée est élevé,

plus le fonctionnement de la turbine correctement con-

çue sera efficace,-étant donné que l'écoulement des

produits de combustion sera plus constant.

Bien que le développement d'une analyse ri-

goureuse du cycle hautement thermodynamique soit diffi-

cile, des textes tels que les références de Obert et Taylor indiquent que, dans le moteur non surcomprimé habituel fonctionnant au -niveau de la mer et à une vi tesse moyenne d'environ 2000 tours par minute à pleins gaz, la pression au cylindre subsistant à l'ouverture de la soupape d'échappement sera spécifiquement de 3,5 kg/cm 2 absolus ou plus Si l'on suppose que ces gaz peuvent être "purgés" efficacement à travers une

tuyère lisse et pénétrer dans une turbine qui est cen-

sée initialement être efficace à 100 %, on obtiendra une récupération supplémentaire d'environ 35-55 % de la puissance sur l'arbre déjà récupérée du carburant brûlé dans le moteur Il importe de rappeler qu'une

partie assez importante de cette énergie supplémentai-

re est récupérable sans dégradation de -la puissance normalement développée au piston En conséquence, la puissance de sortie du moteur est accrue d'une valeur égale à la quantité de la puissance de la turbine qui est récupérée sans accroissement de la consommation de carburant et augmentation appréciable des pertes de puissance Dès lors, avec un rendement de turbine se

situant dans l'intervalle de 50 à 75 %, la présente in-

vention permet d'obtenir un accroissement de puissan-

ce et de rendement total du moteur d'au moins 20-30 %.

Une considération de conception importante est de maximaliser le coefficient d'utilisation de

chaque turbine en étudiant soigneusement la disposi-

tion des cylindres et l'emplacement de la turbine, de telle sorte qu'un nombre de cylindres aussi grand que possible puissent partager une seule turbine,

tout en maintenant une étroite proximité cylindre-

tuyère-turbine dans le cadre des revendications ci-

après Plus le nombre d'impulsions d'échappement que reçoit une turbine donnée par unité de temps avec la même efficacité de transmission, est élevé, moins

cette turbine aura de temps de marche à vide pour en-

gendrer des pertes par dérive (rotation à vide) De

plus, dans un moteur donné, plus le nombre de cylin-

dres pouvant être reliés à une seule turbine via des tuyères-de la manière décrite ci-dessus, est élevé, moins il faudra de turbines, La figure 7 illustre un

certain nombre de systèmes moteur-turbine Par exem-

ple, avec le moteur en ligne illustré en A, deux cy-

lindres 18 reliés par deux tuyères 31 à une seule tur-

bine 43 sont illustrés dans le coin supérieur gauche.

Lorsqu'on utilise quatre cylindres, on peut faire ap-

pel à une seule turbine 43 avec un système tel que ce-

lui illustré; on peut également utiliser deux turbi-

nes 43 a comme illustré en traits discontinus De la-

même manière, avec six et huit cylindres en ligne, au moins deux turbines 43 peuvent être requises Dans une disposition en V telle que celle illustrée en B, la turbine 43 peut-être située entre les cylindres 18 en y étant reliée via des tuyères respectives 31 comme illustré pour les systèmes respectifs à 2, 4, 6 et 8 cylindres Dans les systèmes en V plus 2 ( 2 cylindres verticaux) illustrés en C, la turbine 43 est située entre

les cylindres 18 et les cylindres verticaux 18 a respecti-

vement pour les-moteurs à 4, 6 et 8 cylindres Dans

le cas du-système illustré en D dans lequel les cylin-

dies sont disposés verticalement avec des vilebrequins

placés côte à côte, la turbine 43 peut être située en-

tre les cylindres 18 De la même manière que celle illustrée en E et F, la turbine 43 peut être située

entre les cylindres 18, tandis que les extrémités-

d'entrée et de décharge des tuyères 31 sont toujours reliées respectivement à la paroi de délimitation de

la chambre de combustion et à la turbine.

L'accouplement de la turbine à une sortie d'arbre utile de complément est illustré dans la technique antérieure, par exemple, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 2 245 163 L'accouplement de ces deux éléments d'une manière suffisamment efficace

pour éviter de fortes charges d'inertie dans les élé-

ments d'accouplement et pour faire en sorte que la turbine ne devienne jamais parasite (en consommant

l'énergie du moteur) constitue le problème fondamen-

tal de l'exécution pratique de toute combinaison entre

une turbine et un moteur à combustion interne, y com-

pris de la présente invention Le problème existe en

raison de la dissemblance des vitesses'caractéristi-

ques inhérentes des moteurs alternatifs classiques

vis-à-vis de leurs turbines d'échappement entraînées.

Pour assurer simplement un accouplement mécanique di-

rect entre les deux éléments précités, ce-qui pourrait être préféré d'un point de vue coût et efficacité, on doit prévoir un réducteur de vitesse à grand rapport

de démultiplication pour la turbine Un tel accouple-

ment pose des problèmes inhérents en raison des fortes charges d'inertie résultant des changements de vitesse

brusques spécifiques aux applications dans les véhicu-

les automobiles (et, dans une moindre mesure, dans les avions et les bateaux) Ces changements brusques sont amplifiés par le grand rapport de démultiplication de

vitesse Ces changements de vitesse brusques se pro-

duisent spécifiquement lors d'une application soudaine de puissance sans charge, de l'application soudaine d'une charge, ainsi qu'en cas de changements dans le

mécanisme de transmission En conséquence, il est né-

cessaire de prévoir un moyen permettant d'assurer un accouplement flexible afin d'éviter de fortes charges d'inertie dommageables La figure 8 illustre un moyen destiné à accoupler la turbine à des arbres moteurs

suivant une forme de réalisation de la présente inven-

tion Dans cette forme de réalisation, A et B dési-

gnent des embrayages-de deux types différents intercalés entre l'engrenage réducteur de-vitesse 73 reliant le

vilebrequin du moteur à l'arbre de sortie 75 et l'en-

grenage réducteur de vitesse 77 reliant l'arbre de tur-

bine 79 à l'arbre 75 Les emplacements des embrayages A et B sont donnés uniquement à titre d'illustration

et sans aucune limitation L'embrayage A est un em-

brayage unidirectionnel qui est conçu pour transmettre

un couple dans une seule direction et pour se désenga-

ger complètement et automatiquement dans la direction

opposée On peut trouver une description de ces types

d'embrayages dans divers textes Par exemple, dans "DESIGN OF MACHINE MEMBERS", figure 198, page 262, McGraw-Hill, New York, N Y 4 ème édition, 1964,

Vallance et Doughtie illustrent un embrayage priori-

taire Cet embrayage permet d'éliminer toute possi-

bilité de consommation de l'énergie du moteur par la

turbine, ainsi que les chocs d'inertie dans la direc-

tion d'application de couple.

L'embrayage B est un embrayage à couple limi-

té qui peut être choisi parmi les nombreux modèles dispo-

nibles Par exemple, l'embrayage à couple limité B

peut être un embrayage à friction à plateaux, un em-

brayage du type à disque, un embrayage à disques mul-

tiples, un embrayage à cône, un embrayage centrifuge, un embrayage à tambour, un embrayage à ruban ou un embrayage magnétique fonctionnant à sec ou à l'état humide De même, un accouplement à fluide hydraulique ou visqueux constitue un autre exemple d'embrayage à couple limité que l'on peut utiliser Cet embrayage

pourrait être conçu pour glisser uniquement en pré-

sence de charges d'inertie excessives et il pourrait être intégré à l'embrayage unidirectionnel A.

On mentionnera ci-après certaines autres pos-

sibilités d'accouplement de l'arbre de sortie de la turbine au vilebrequin du moteur, ou à un arbre commun: 1 Une mise en prise directe avec une robustesse, une

élasticité et un amortissement suffisants pour suppor-

ter les charges d'inertie 2 Un accouplement par engrenages et fluide tel que celui utilisé dans le turbomoteur compound de Wright 3 Un moyen de mise

en prise et de désaccouplement rapide permettant d'évi-

ter des couples excessifs Le moyen de désaccouple-

ment comprendra des embrayages qui sont désengagés par

* un dispositif de commande quelconque ou par un glisse-

ment dû au fait qu'ils ont,par inhérence, une capacité de couple inférieure à celle dommageable Ce système

est pratiquement semblable à celui illustré en figu-

re 8 On peut utiliser des groupes générateur/moteur

alimentés en courant alternatif ou en courant continu.

Dans le cas d'un courant alternatif, le changement de vitesse nécessaire pourrait être effectué, en partie,

par un système utilisant un petit nombre de pôles ma-

gnétiques sur le groupe turbine/alternateur (grande vitesse) et un grand nombre de pôles sur le moteur (faible vitesse) Un tel système pourrait être conçu pour faire fonctionner efficacement, par exemple, des machines asynchrones avec leur capacité de glissement inhérente Ces groupes générateur/moteur peuvent être

des unités intégrées individuelles comportant des ac-

couplements magnétiques; un de ces groupes peut égale-

ment renfermer des aimants permanents et l'autre, un nombre variable de pôles électromagnétiques 4 On

pourrait également utiliser un système de type généra-

teur comprenant un générateur ou un alternateur avec un redresseur, ainsi qu'une batterie d'accumulateurs et un moteur à courant continu, encore qu'un tel sys- tème puisse ne pas être efficace De la même manière,

on peut utiliser des groupes turbine/moteur hydrauli-

que, avec ou sans accumulateurs, ainsi que des volants pour permettre un emmagasinage d'énergie en fonction

des besoins.

Dans "TRANSACTIONS OF THE SOCIETY OF AUTOMO-

TIVE ENGINEERS" (SAE), volume 62, 1954, des données indi-

quent que le turbomoteur compound de Wright fonction-

nant à la "puissance de décollage" et dans les condi-

tions régnant au niveau de la mer possède, dans les gaz d'échappement, une énergie cinétique disponible atteignant 79 % de la puissance totale au piston qui

est récupérée par le vilebrequin du moteur Des turbi-

nes d'échappement ont récupéré une énergie atteignant

18,2 % de la puissance totale au piston, soit 23 % seu-

lement de cette énergie cinétique disponible A la

"puissance de croisière", ce qui équivaut approxima-

tivement à un moteur à aspiration naturelle fonction-

nant à pleine charge, l'énergie cinétique disponible

dans les gaz d'échappement atteignait 55 % de la puis-

sance au piston L'énergie totale récupérée par les turbines atteignait 9, 5 %, soit 17,4 % seulement de

l'énergie cinétique disponible Ces chiffres sont ba-

sés sur un moteur en étoile d'avion à 18 cylindres

dans lequel on utilise trois turbines de purge ali-

mentées chacune par 6 cylindres à l'intervention de collecteurs et de tubulures d'échappement "lossey"

classiques à courbure assez prononcée, avec des sou-

papes soulevantes d'échappement classiques Dans les conditions de fonctionnement au niveau de la mer, les pourcentages de pertes d'énergie attribués à l'étranglement de la soupape d'échappement atteignaient

environ 368 de la puissance au piston lors du décolla-

ge et 31 % de cette puissance en vitesse de croisière, soit 45 % et 57 % respectivement de l'énergie cinétique

disponible La présente invention a pour but de con-

vertir efficacement ces pertes en énergie utile Les

données ci-dessus sont reprises dans le tableau ci-

après afin de permettre une référence aisée.

TABLEAU

Données relatives à la puissance du turbomoteur compound de Wright (Informations relevées dans "SAE Transactions", Volume 62, 1954) Paramètres relatifs à Niveau de la mer Altitude critique la récupération de Puissance au Puissance Puissance au Puissance l'énergie d'échappement décollage en vitesse décollage en vitesse de croisière de croisièi Energie disponible dans les gaz d'échappement (% de la puissance au piston) 78,5 54,8

Energie totale récupé-

rée à la turbine: (% de la puissance au piston) 18,2 9,5 26 19

(% de l'énergie cinéti-

que disponible) 23,1 17,4

(% de l'énergie rési-

duelle après étrangle-

ment de la soupape d'échappement) 42,8 40,4

Pertes dues à l'étran-

glement de la soupape d'échappement: (% de la puissance au piston) 36,0 31,3

(% de l'énergie cinéti-

que disponible) 45,4 57,1

Les données indiquées ci-dessus corroborent les avan-

tages d'un turbomoteur compound Toutefois, le système

de la présente invention permet de réduire considérable-

ment les pertes importantes illustrées, d'augmenter sen-

siblement le pourcentage de l'énergie nette récupérée à la turbine et d'améliorer les résultats indiqués en transformant les pertes en énergie nette à la sortie

de la turbine.

Ainsi qu'on l'a indiqué ci-dessus, les mo-

teurs à allumage par étincelles permettent de réaliser

les avantages optima de-la présente invention Il im-

porte de noter que la présente invention peut éventuel-

lement englober la combinaison d'une surcompression et

d'un compoundage Cette surcompression peut être effec-

tuée avec ou sans refroidissement intérieur après un ou plusieurs étages de compression comme c'est le cas

dans la pratique habituelle.

Lors de la mise en service d'un moteur à com-

bustion interne classique, le mélange de carburant et d'air d'admission est acheminé à travers le collecteur

d'admission 19 et la soupape d'admission soulevante ou-

verte 27 pour être aspiré dans la chambre de combus-

tion 37 à mesure que le piston 15 se déplace vers le bas Ensuite, il y a inversion de course du piston

qui se déplace alors vers le haut pour comprimer le mé-

lange carburant-air A un certain nombre de degrés avant le point mort haut, le mélange carburant-air est

brûlé suite à l'allumage d'une bougie (non représentée).

La bougie est allumée à l'intervention d'un système classique dans lequel un élément tel qu'un enroulement primaire repliable, induit une haute tension dans une bobine secondaire qui engendre un arc électrique en travers de l'écartement des électrodes de la bougie d'allumage En tout cas, la combustion du carburant

dans l'air dans des conditions entretenant cette com-

bustion engendre de l'énergie thermique et crée une haute pression, ce qui a pour effet de déplacer à

force le piston 15 vers le bas pour entraîner le vile-

brequin 25 du moteur en rotation-et développer ainsi une puissance à l'arbre de sortie de ce dernier En- suite, la lumière d'échappement 21 est ouverte pour décharger les produits de combustion chauds à leur

pression élevée directement dans la tuyère 31 de la-

quelle ils pénètrent avec un écoulement régulier dans l'entrée de la turbine 43 sans donner lieu aux pertes

de refroidissement et de pression irréversibles asso-

ciées à ce processus dans les moteurs classiques de la

technique antérieure Les gaz d'échappement s'écou-

lent à travers la turbine en provoquant une rotation forcée des aubes de cette dernière, ce qui a pour effet de développer de l'énergie pour faire tourner l'arbre 79 de la turbine La-puissance de sortie de cet arbre est alors utilisée ainsi qu'on le désire A cet effet,

on peut soit envisager une combinaison avec le vile-

brequin du moteur comme illustré en figure 8, soit fai-

re tourner un compresseur comme illustré dans la techni-

que antérieure, notamment dans le brevet des Etats-Unis

d'Amérique 3 673 798 Evidemment, on peut éventuelle-

ment utiliser les deux systèmes pour la mise en oeuvre

de cette puissance, ou n'importe quelle autre applica-

tion de cette dernière, ainsi qu'on l'a mentionné ci-

dessus.

Ainsi qu'il est mentionné implicitement ci-

dessus, les gaz d'échappement épuisés à faible vitesse et sous basse pression passent ensuite à travers le passage de décharge de la turbine 43 pour se diriger

vers le système d'échappement classique.

Le cycle est répété pour chacun des cylindres respectifs La cadence de la répétition de ce cycle variera selon qu'il s'agit d'un moteur à deux temps ou à quatre temps De plus, la disposition optimale des soupapes et éléments semblables variera selon que l'on

a affaire à un moteur à deux temps ou à quatre temps.

Conformément à la pratique habituelle, le moteur sera refroidi par-air ou par un liquide recy-

clé tel que l'eau ou une solution aqueuse de diéthylè-

ne-glycol Le moteur sera lubrifié par un moyen de mise en circulation d'huile lubrifiante classique à

travers des passages respectifs (non représentés).

D'après la description ci-dessus, on peut

constater que la présente invention fournit un turbo-

moteur compound perfectionné ayant des propriétés étonnamment élevées de rendement et de récupération de l'énergie théorique disponible En résumé, la

présente invention permet de réaliser les objets défi-

nis ci-dessus.

Bien que la présente invention ait été décri-

te avec un certain degré de particularité, il est en-

tendu que la description ci-dessus est donnée unique-

ment à titre d'exemple et que de nombreuses modifica-

tions peuvent être apportées aux détails de construc-

tion, ainsi qu'à la combinaison et à la disposition des différentes pièces sans se départir de l'esprit et du cadre de l'invention tels qu'ils sont définis

dans les revendications ci-après.

c

Claims (11)

REVENDICATIONS

1 Moteur à combustion interne ( 13) compor-

tant au moins un cylindre ( 18) dans lequel est monté un piston respectif ( 15) pour y effectuer un mouvement de va-et-vient, une fermeture de culasse respective ( 17) montée sur le cylindre ( 18) et fermant l'extrémi-

té de ce dernier pour définir une chambre de combus-

tion respective avec le piston ( 15), un collecteur

d'admission ( 19) relié au cylindre ( 18) pour y achemi-

ner au moins un gaz contenant de l'oxygène, un moyen destiné à mélanger le carburant entrant avec ce gaz contenant de l'oxygène, un moyen d'allumage destiné à enflammer le carburant dans le gaz contenant de l'oxygène afin d'engendrer de l'énergie, ainsi qu'une

lumière d'échappement ( 21) destinée à décharger pé-

riodiquement les produits de combustion chauds sous

haute pression hors du cylindre, cette lumière d'échap-

pement étant située dans une-paroi de délimitation respective de la chambre de combustion du cylindre ( 18);caractérisé par le perfectionnement comprenant:

(a) au moins une tuyère respective ( 31) convena-

blement façonnée pour accélérer et acheminer les produits de combustion chauds sous haute pression du cylindre respectif ( 18) à une turbine ( 43) , cette tuyère ( 31) comportant une extrémité d'entrée

( 33) et une extrémité de décharge ( 39), son extré-

mité d'entrée ( 33) étant contiguë à la paroi de dé-

limitation ( 35) à la lumière d'échappement ( 21) en entourant cette dernière de manière étanche afin d'empêcher les produits de combustion chauds sous haute pression de s'échapper dans l'atmosphère; (b) une soupape ( 29) convenablement rythmée pour permettre, aux gaz d'échappement du cylindre, de s'écouler à travers la tuyère à peu près à la fin de la course de détente (motrice) du piston ( 15); et (c) au moins une turbine ( 43) comportant des passages d'entrée ( 41) et de décharge respectifs,

ainsi qu'un arbre de sortie ( 79) pour la distri-

bution d'énergie, cette turbine étant disposée à proximité immédiate de la tuyère, tandis que son

passage d'entrée ( 41) est relié de manière étan-

che à l'extrémité de décharge ( 39) de cette tuyè-

re, de façon à empêcher les produits de combus-

tion expansés à grande vitesse de s'échapper dans

l'atmosphère et à les contraindre de passer à tra-

vers la turbine ( 43) pour qu'ils cèdent leur éner-

gie à cette derniere et deviennent ainsi un gaz d'échappement à faible vitesse et à basse pression,

le passage de décharge acheminant ce gaz d'échap-

pement à basse pression hors de la turbine ( 43);

de telle sorte que l'arbre de sortie ( 79) de la turbi-

ne ( 43) puisse distribuer l'énergie efficacement récu-

pérée par cette dernière à partir des produits de com-

bustion chauds à haute pression du cylindre ( 18).

2 Moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prévoit une

seule turbine ( 43), tandis que ce moteur comporte plu-

sieurs cylindres ( 18) et plusieurs tuyères profilées reliées à des lumières d'échappement respectives ( 21) des parois de délimitation ( 35) et à la turbine ( 43), de façon à assurer un écoulement plus constant des

produits de combustion à travers cette turbine ( 43).

3 Moteur à combustion interne suivant la

revendication 2, caractérisé en ce que l'unique turbi-

ne ( 43) est localisée entre les différents cylindres

( 18), chacun de ces derniers comportant sa parbi de dé-

limitation ( 35) qui est contiguë à l'entrée-( 33) d'une tuyère profilée dont l'extrémité de décharge ( 39) est

reliée au passage d'entrée ( 41) de la turbine.

4 Moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la turbine

( 43) est une turbine à écoulement axial.

Moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la turbine est une turbine à écoulement radial ( 71). 6 Moteur à combustion interne suivant la

revendication 1, caractérisé en ce qu'on prévoit plu-

sieurs cylindres respectifs ( 18) et plusieurs turbi-

nes à écoulement axial ( 43) ou à écoulement radial

( 71) reliés via des tuyères profilées respectives.

7: Moteur à combustion interne suivant la

revendication 1, caractérisé en ce que la tuyère com-

prend une soupape à ouverture rapide ( 29) afin de per-

mettre une décharge rapide des produits de combustion chauds à haute pression à travers la tuyère avec une perte de charge minimum due à l'étranglement avant

qu'ils atteignent cette tuyère ( 31).

8 Moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la tuyère ( 31) et la soupape ( 29) comprennent une combinaison d'une tuyère, d'un étranglement et d'une soupape ( 51) qui

définit des configurations de tuyère variables appro-

priées ( 31) pendant tout le processus d'ouverture sé-

quentielle de la soupape ( 29) et qui permet d'éliminer les pertes irréversibles dues à l'étranglement en avant de la tuyère ( 31), maximalisant ainsi la vitesse des

gaz à la sortie de la tuyère et la récupération d'éner-

gie par la turbine ( 43).

9 Moteur à combustion interne suivant la -

revendication 8, caractérisé en ce que la tuyère ( 31)

et la soupape ( 29) sont formées en partie par un sys-

tème combiné tuyère-étranglement-soupape ( 51) mis en-

action par une came ( 57) tournant en synchronisme avec

le moteur ( 13).

10 Moteur à combustion interne suivant la

revendication 1, caractérisé en ce que la tuyère com-

prend un système combiné tuyère-fente-soupape ( 67) mis

en action par un arbre ( 69) fonctionnant à une propor-

tion de la vitesse de rotation du vilebrequin ( 25) du moteur. Il Moteur à combustion interne suivant la

revendication 10, caractérisé en ce qu'il est un mo-

teur à quatre temps ( 13), la lumière d'échappement ( 21) étant disposée daqs la paroi latérale du cylindre ( 18), de façon à décharger les produits de combustioon chauds

à haute pression lorsqu'elle est découverte par le pis-

ton ( 15) se déplaçant vers le bas, le système combiné tuyère-fentesoupape ( 67) étant utilisé uniquement

pour bloquer l'6 coulement lors des courses d'aspiration-

compression alternées du piston ( 15), tandis que l'ar-

bre ( 69) tourne à un quart de la vitesse de rotation

du vilebrequin ( 25).

12 Moteur à combustion interne suivant la revendication 11, caractérisé en ce que ce moteur ( 13) comporte plusieurs cylindres ( 18) et pistons ( 15) ain si que plusieurs turbines ( 43) reliées aux cylindres

respectifs ( 18) au moyen de tuyères ( 31) qui sont con-

tiguës aux turbines ( 43) et cylindres ( 18) respectifs.

13 Moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre ( 18) comprend au moins deux soupapes d'échappement ( 29, 46),

une de ces soupapes ( 29) s'ouvrant rapidement et de ma-

nière anticipée pour se décharger directement à tra-

vers la tuyère, tandis que l'autre soupape ( 46) s'ou-

vre ultérieurement pour décharger les gaz résiduels

à basse pression à mesure que le piston ( 15) se soulè-

ve. 14 Moteur à combustion interne suivant la

revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre de sor-

tie ( 79) de la turbine ( 43) est solidarisé au vilebre-

quin ( 25) du moteur en vue de la distribution d'éner-

gie, par l'intermédiaire d'engrenages réducteurs de

vitesse ( 77, 73), ainsi que d'un embrayage unidirec-

tionnel (A) conçu pour transmettre un couple dans une seule direction et d'un embrayage à couple limité (B),

de telle sorte que le vilebrequin ( 25) du moteur n'en-

gendre jamais une énergie suffisante pour faire tour-

ner l'arbre de sortie ( 79) de la turbine ( 43), tout en assurant le glissement nécessaire pour empêcher

que se créent des couples d'inertie excessifs.

Moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la tuyère ( 31)

comprend une soupape à tiroir d'étranglement ( 55).

16 Moteur à combustion interne suivant la revendication 15, caractérisé en ce que la tuyère ( 31) est reliée à une lumière ( 21) pratiquée dans la

paroi latérale du cylindre ( 18).

17 Moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est un moteur à deux temps ( 13); la lumière d'échappement ( 21) est une lumière latérale; la soupape comprend un moyen

permettant de déplacer le piston ( 15) pour qu'il dé-

couvre cette lumière d'échappement ( 21), tandis que la tuyère ( 31) est contiguë à cette lumière d'échappement

latérale ( 21) et à la turbine ( 43).