PROCEDE ET DISPOSITIFS DE DEPOLLUTION DE MOTEURS A COMBUSTION INTERNE CYCLIQUE A CHAMBRE DE COMBUSTION INDEPENDANTE

POLLUTION CONTROL METHOD AND DEVICES FOR CYCLICAL INTERNAL COMBUSTION ENGINES HAVING A SEPARATE COMBUSTION CHAMBER

English Abstract

A pollution control method and related devices for cyclical internal combustion engines having a separate combustion chamber (1), wherein the compression chamber, the combustion chamber (1) and the expansion chamber (16) consist of three separate and entirely self-contained portions. During low-power operation, e.g. in urban traffic, the fuel injector (6) is no longer controlled during filling of the combustion chamber, whereby the combustion chamber is filled with high-temperature pure compressed air at each cycle. A small amount of additional air from an outer tank (23) for storing highly pressurised air at room temperature is fed into the combustion chamber substantially after the intake of compressed air from the engine compressor, and heated as it contacts the hot compressed air already present in the combustion chamber (1), whereafter it expands and increases the starting pressure to enable effective work to be produced during expansion.

French Abstract

Procédé et dispositifs de dépollution de moteur à combustion interne cyclique,
à chambre de combustion indépendante (1) dans lequel, la chambre de
compression, la chambre de combustion (1) et la chambre de détente (16) sont
constituées de trois parties séparées et entièrement indépendantes caractérisé
en ce que lors des fonctionnements sous faible puissance - en circulation
urbaine par exemple: l'injecteur de carburant (6) n'est plus commandé lors du
remplissage de la chambre de combustion et cette dernière se trouve donc à
chaque cycle remplie d'air pur comprimé à température élevée; l'on introduit -
sensiblement après l'admission de l'air comprimé provenant du compresseur de
moteur - dans la chambre de combustion une petite quantité d'air additionnel,
provenant d'un réservoir externe (23) dans lequel est stocké de l'air sous
très haute pression à température ambiante; cette petite quantité d'air
additionnel va s'échauffer au contact de l'air comprimé chaud déjà contenu
dans la chambre de combustion, se dilater, et augmenter la pression initiale
pour permettre de produire un travail moteur lors de la détente.

Claims

REVENDICATIONS
1.- Procédé de dépollution de moteur à combustion interne cyclique à chambre de
combustion indépendante à volume constant, dans lequel, la chambre de compression, la chambre
de combustion et la chambre de détente sont constituées de trois parties séparées et entièrement
indépendantes permettant ainsi d'adapter chacun des trois éléments à la fonction qui lui est dévolue
sans interférer les uns sur les autres, où la combustion s'effectue dans une chambre indépendante
isolée et à volume constant, qui peut également être équipé d'un système de contrôle de la détente
permettant d'améliorer le rendement du moteur caractérisé en ce que, lors du fonctionnement à
faible puissance - par exemple en circulation urbaine pour un véhicule ainsi équipé:
- L'injecteur de carburant n'est plus commandé lors du remplissage de la chambre de
combustion à volume constant et que cette dernière se trouve donc ainsi à chaque cycle, remplie
d'air pur comprimé à température élevée.
- L'on introduit, par tout moyen approprié - sensiblement après l'admission de l'air
comprimé provenant du compresseur du moteur, dans la chambre de combustion - une petite
quantité d'air (ou tout autre gaz) additionnel, provenant d'un réservoir externe dans lequel est
stocké de l'air (ou tout autre gaz) sous très haute pression, à température ambiante, et détendu à une
pression légèrement supérieure à celle régnant dans la chambre de combustion pour y permettre
son transfert.
- cette petite quantité d'air additionnel va s'échauffer au contact de l'air comprimé
chaud déjà contenu dans la chambre de combustion, se dilater, et augmenter de façon sensible la
pression initiale régnant dans la chambre de combustion, pour permettre de délivrer lors de la
détente, un travail moteur de puissance suffisante.
2.- Procédé de dépollution de moteur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le
moteur est équipé d'un compresseur haute pression annexe, qui sera mis en fonctionnement lors des
ralentissements ou freinages du véhicule ainsi qu'en fonctionnement à puissance élevée lorsque
l'injecteur de carburant est commandé, permettant ainsi d'améliorer l'autonomie en fonctionnement
dépollué.
3.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de dépollution suivant la
revendication 1 appliqué à un moteur à combustion interne cyclique à chambre de combustion
indépendante à volume constant où la chambre de combustion (1) est alimentée par une capacité
tampon (2) d'air comprimé maintenu à une pression sensiblement constante, à travers un conduit
(4) dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par un volet (5), qui comporte un injecteur
électromécanique de carburant (6) destiné à réaliser le mélange air-carburant sensiblement avant
son introduction dans la chambre de combustion et où un cylindre de détente (7) est équipé d'un
piston principal (8) relié par une bielle (9) au maneton d'un vilebrequin (10), et d'un piston
secondaire (11) monté opposé dont le mouvement est commandé de telle sorte qu'il accompagne le
piston principal sur une partie de sa course descendante afin de permettre de faire coïncider la

l'ouverture d'un canal (14), par un volet (15), qui relie la chambre de combustion à la chambre de
détente - dans un volume minimum, avec des angles de rotation du vilebrequin et d'inclinaison de
bielle qui permettent d'obtenir l'effort tangentiel moyen de détente optimal caractérisé en ce que il est
implanté dans la chambre de combustion (1) un injecteur d'air électromécanique (22) alimenté à
travers un détendeur par un réservoir de stockage d'air comprimé (23) sous très haute pression . En
fonctionnement sous faible puissance -en utilisation urbaine d'un véhicule par exemple - l'injecteur
de carburant (6), ne sera pas commandé, et après avoir admis dans la chambre une charge d'air
comprimé chaud contenu dans la capacité tampon (2), l'injecteur d'air (22) sera actionné afin
d'admettre une petite quantité d'air additionnel à température ambiante, qui s'échauffera au contact
de l'air chaud déjà contenu dans la chambre de combustion, se dilatera, et augmentera la pression
afin de permettre de produire un travail moteur en se détendant dans la chambre de détente dès
l'ouverture du canal reliant cette dernière à la chambre de combustion (1).
4.- Dispositif suivant la revendication 3 caractérisé en ce que le réservoir de stockage
d'air comprimé additionnel (23 ou 23A) comporte un orifice de remplissage avec vanne anti-retour
permettant de renouveler l'air comprimé -ou autre gaz - sous très haute pression directement sur le
véhicule à une "pompe" spécialement équipée.
5.- Dispositif suivant la revendication 3 caractérisé en ce que le réservoir de stockage
(23 23A) comporte un orifice de remplissage auxiliaire alimenté par un compresseur très haute
pression embarqué (26) qui sera mis en fonctionnement par un embrayage (27) ou tout autre moyen
lors des décélérations ou freinages du véhicule, améliorant ainsi le frein moteur, de même que
lorsque le moteur fonctionne a puissance élevée sur route, afin d'améliorer l'autonomie réalisable en
fonctionnement dépollué.
6.- Procédé de depollution de moteur à combustion interne caractérisé par le fait que
lors des fonctionnements sous faible puissance, l'injecteur de carburant n'est plus commandé et que
dans ce cas, l'on introduit dans la chambre de combustion, par tout moyen approprié, sensiblement
aprés l'admission dans cette dernière de l'air chaud comprimé sans carburant obtenu aprés le cycle
de compression du moteur, une petite quantité d'air ou tout autre gaz additionnel provenant d'un
réservoir externe dans lequel l'air ou tout autre gaz est stocké sous très haute pression à température
ambiante, lequel air ou tout autre gaz s'échauffe au contact de la masse d'air chaud contenue dans
la chambre de combustion, se dilate et augmente de façon sensible la pression régnant dans la
chambre de combustion, pour permettre de délivrer lors de la détente, un travail moteur de
puissance suffisante pour faire fonctionner, par exemple, un vehicule en circulation urabaine.

Description

' CA 02213993 1997-09-03
., .
PROCEDE ET DISPOSITIFS DE DEPOLLUTION DE ~IOTEURS A CO~vIBUSTION INTERNE
CYCLIQUE A CHAMBRE DE COMBUSTION lNDEPENDANTE
L'invention concerne un procédé et des dispositifs de dépollution des moteurs à
combustion interne cyclique a chambre de combustion indépendante et à volurne constant.
Dans un procédé de moteur à combustion interne cyclique à chambre de combustion
indépendante et à volume constant, Ia chambre de compression, la chambre de combustion et la
chambre de détente sont conshhlées de hrois parties separées et entièrement indépen~l~ntec
perrnettant ainsi d'adapter chacun des trois éléments à la fonction qui lui est dévolue sans i~lt~lr;;lcl
les uns sur les autres, évenh-ellement équipé d'un système de contrôle de la détente qui permet de
faire comcider la pression Ill~iU~ de détente avec un angle de rotation du vilebrequin
perrnettant un grand effort tangentiel, arnéliorant encore le rendement général de ce type de
moteur.
Toutefois, lors du fonctil nnement en zone urbaine not~mment sur des voitures, le
moteur consomme encore du c~bu~dul de telle sorte que bien que ~liminllée$ dans des proportions
hrès importante il subsiste encore des érnissions de polluants.
Le procédé suivant l'invention permet de supprimer complètement ces émissions degaz polluants not~mment en circulation urbaine, alors que le moteur (lPm~nde peu de pnicc~neP,
Il est caractérisé par les moyens mis en oeuvre, et plus particulièrement par le fait que
lors des fonctionnements sous faible puissance, I'injecteur de ~;a~bul~lL n'est plus comm~ndé et que
dans ce cas, l'on inhroduit dans la chambre de combustion, par tout moyen approprié -
sensiblement après l'~micci~ n dans cette dernière de l'air col.~plilllé (sans ca l ul~l) provenant du
compresseur du moteur - une petite quantité d'air additionnel provenant d'un réservoir externe dans
lequel est stocké de l'air (ou tout autre gaz) sous hrès haute pression; cette petite quantité d'air
2s comprirné, et à L~;:m~ aLulc; ambiante, va s'échauffer au contact de la masse d'air chaud c- ntPm~e
dans la cha~ de combustion, se dilater et ~llgmentPr de façon sensible la pression régnant dans
la charnbre de combustion, pour permettre de délivrer lors de la détente, un travail moteur de
puissance 5nfflc~nte pour faire fonehonner par exemple, un véhicule en circulation urbaine. Le
réglage de la quantité d'air additionnel injecté conditionne.a la puissance délivrée.
Il est Pg~lf~P.rlt r,~ .;ce par le fait d'équiper le moteur d'un COl~ S~Ill haute
pression, qui sera embrayé lors des ral~:llLissc;..lents ou lors du foncti-mnPment à puissance élevée,
pour permettre de l~cha.~ en air co.~.l..;...é à très haute pression le réservoir externe pPrmPtt~nt
ainsi d'améliorer l'~u~on~ ie en fonctionnement dépollué
On comprend dès lors le fonctionnement du moteur suivant l'invention qui pourra ainsi
35 fonctionner sous de faibles plliccs....~c en zone urbaine, sans émission de gaz polluants, et
FEUILLE MODIFIEE

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On culllp.~..d dès lors le fnnctinnnf m~-nt du moteur suivant l'invention qui pourra ainsi
fonctionner sous de faibles pl~icc~nces~ en zone urbaine, sans ~miccinn de gaz polll.~nTc, et
inct~nt~ném~nt, à la ~m~n~lç, pourra produire des pnicc~nces comr~tibles avec une ntilic~ti~n
normale sur route, dès lors que l'injection de carburant sera comm~n~l~e et que l'injecteur d'air
a~-iitinnnel ne le sera plus.
La quantité d'air ~rlr;itinnnel injecté, les moyens d'injection, le mode de stockage de l'air
comprimé, le gaz utilisé, les moyens de remplissage du réservoir de stork~ par compresseur
embarqué fonctionnant lors des décélerations et freinages ou en fonctinnn.-nnent route, et/ou à la
pompe dans des stations services spécialement équipées OU7 encore, par rempl~c~mPnt de la beuteille
1~) de stockaye - peuvent varier sans pour autant changer le principe de l!invention.
L'invention s'applique tout particulièrement aux moteurs à combustion inteme cyclique
a chambre de combustion indépendante à volume cn nct~nt, not~mm~nt en lltilic~tinn urbaine sur
~ehicule, ainsi que pour toute autre application de moteur. Elle s'applique é~l~m.ont au~ moteurs a
combustion inteme conventionnels.
1~ D'autres buts, avantages et caracteristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la
description, a titre non limit~tif, de plusieurs modes de réalisation, faite en regard des dessins
anne~és où:
- La figure I ~ Lr, vu en coupe transversale, un mode de r~lic~tinn de l'invention
appliquée à un moteur à culllb~ Lion inteme à chambre de combustion in~p~n~nte à volume
constant au point mort haut de piston principal en fin d'échappement.
- La figure 2 I~)li~s~llL~;: ce même moteur en début de détente.
- La figure ~ 5cll~ un schéma synoptique d'inct~ tion sur vehicule.
Les figures I et 2 replt:s~:llL~I.L un mode de rP~Iic~tinn du procedé selon l'invention
appliqué à un moteur a combustion inteme cyclique à chambre de cu...bu~Lion indépendante à
2~ volume constant où la chambre de cu--~u~lion 1 est ~lim~nt~e par une capacite tampon 2 d'air
comprimé maintenu à une pression sensiblement c~ 7 elle même ~lim~nree par un compresseur
a travers un conduit ~. Un conduit ~ dont i'ouverture et la fermeture sont comm~n~ c par un volet
relie la capacité tampon 2 a la chambre de combustion indépendante 1 et comporte un injeaeur de
carburant 6 destiné à réaliser le mélange air-cd~buldllL sensiblement avant son intro-ll-ction dans la
chambre de combustion 1 ou il sera ~.. n.. ~.
Un cylindre de détente 7 est équipé d'un piston principal 8 relié par une bielle 9 au
m~netnn d'un vilebrequin 10, et d'un piston opposé secnnfl~ire 11 dont le lllouv~ llL est cnmm~n~
ici par une came 12 - elle-même ~..I . ;....~?e par le vilebrequin 10 - de telle sorte qu'il va aCcnmp~?r
le piston prinrir~l 8 sur une partie de sa course ~ c~ l' afin de p~ LLl~ de faire emnt~ r la
3~ pression de début de détente - dès l'ouverture du canal 14, par le volet 15, qui relie la ehambre de

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combustion à ia chambre de délente i6 - dans Im voiLIme minimllm, avec des an~gies de rotation du
vilebrequin et d'inclinaison de bielle qui p~ "l d'obtenir l'effort tangentiel moyen de delente
optimal.
Un injecteur d!air comprimé ~ litionn~l 22, suivant l'invention, est impianté dans la
chambre de combustion 1, et est ~lim~nté, à travers un détendeur, par une bouteille d'air comprimé
23 (ou de tout autre gaz comr~tible) de stork~g~ sous haute pression.
En fnnçtinnn.om.?nt sous faible pnicc~nce7 selon l'invention, lorsque le moteur est au
point mort haut du cylindre de détente, figure I, la chambre de combustion I vient d!êrre isolée et
contient une masse d'air comprimé chaud, pur, sans carburant - I'injecteur de carburant 6 n'ayant
1~) pas été commandé -. L'injecteur d'air additionnel 22 est ouvert et introduit dans la chambre une
petite quantité de masse d'air ~ itinnnel~ provenant de la bouteille de stockage sous haute pression
23"11ot~nrill~ sous une pression légèrement supérieure à celle regnant dans ia chambre de
combustion, pour permettre le transfert; cette masse d'air ~rlfliti~nnel va s'échauIIer au contact de
l'air comprimé contenu dans la chambre, se dilater et ~u.g~ sl~ncihl~nn~nt la pression initiale
1~ afin de permettre de produire un travail lors de l'ouverture, figure 2, du canal 1~ en se d~ ,cia
dans la chambre de détente. En raison de l'excellent r~nri~m~nt du groupe moteur représenté, la
quantité d'air 2~itinnn~l sera très faible et conrlitionne-a la puissance délivrée.
Les moyens d'injection d'air afl~*innn~l dans la chambre de combustion peuvent varier
sans changer le principe de l'invention, toutefois l'on ~ Çelt:ld un injecteur électrnmPc~nicillP tel
2() que les injecteurs de carburant qui pourra être géré plus ~ic~m~nt, notrlllllll~ en débit, par
I'électronique embarquée.
La figure 3 représente un schéma synoptique d'une inct~ tinn du procédé suivant
l'invention sur un véhicule, où le réservoir de stn~k~oe d'air culll~ ué additionnel sous haule
pression 23A est equipé d'une part d'un orifice de r~?mrlic.c~ge "à la pompe" 24 et e~lem~nt d'un
2~ orifice de remplissage auxiliaire 25 ~lim~.nt~ par un petit compresseur haute pression embarqué 26
qui sera mis en fonc~innnen-~nt par un système d'embrayage 27 lors des décélérations el des
freinages, permettant ainsi de fournir un excellent frein moteur au véhicule, et ~g~lf nn2nt lors du
fonctinnn~mPnt sur route à pnicc~nce élevée. Cette disposition ayant pour avantage d'al.om~nt~r
considérablement 1'7ntonomi~ en fonctinnn-?m~nt dépollué.
Il va sans dire que la conception du réservoir, de l'injecteur d'air, du compresseur haute
pression, de son embrayage, des vannes de remplissage et autres clapets anti-retour, peuvent varier
sans pour autant changer le principe de l'invention qui n'est nl~ .m~.nt limitée aux modes de
ré~lic~tionc décrits et l~ s~llL~:s, et est sncceptihle de nc"ul)~c~uses variantes accessibles à l'homme
de l'art, suivant les applit~tinnc envisagées, sans que l'on ne s'écarte de son esprit.

Representative Drawing