Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02267259 1999-03-29
WO 98I15440 PCT/FR97/01766
PROCEDE ET DISPOSITIF DE REACCELERATION D'UN VEHICULE EQUIPE DE COMPRESSEURS
D'AIR A HAUTE
PRESSION
L'invention concerne les véhicules terrestres et plus particulièrement ceux
équipés avec
des moteurs dépollués ou déplollants à chambre de combustion indépendante.
L'auteur a décrit dans sa demande de brevet publié WO 96/27737 un procédé de
dépollution de moteur à chambre de combustion externe indépendante,
fonctionnant suivant un
principe bi-mode à deux types d'énergie, utilisant soit un carburant
conventionnel de type essence
lU ou gasoil sur route (fonctionnement mono-mode à air-carburant), soit, à
basse vitesse, notamment
en zone urbaine et suburbaine, une addition d'air comprimé (ou tout autre gaz
non polluant) à
l'exclusion de tout autre carburant, (fonctionnement mono-mode à air, c'est à
dire avec addition
d'air comprimé). Dans sa demande de brevet 9607714, l'auteur a décrit
l'installation de ce type de
moteur en fonctionnement mono-mode, avec addition d'air comprimé, sur les
vehicules de service,
par exemple des autobus urbains.
Dans ce type de moteur, en mode air-carburant, le mélange air carburant est
aspiré et
comprimé dans une chambre d'aspiration et de compression indépendante. Puis ce
mélange est
transféré, toujours en pression dans une chambre de combustion indépendante et
à volume constant
pour y être enflammé aiui d'augmenter la température et la pression dudit
mélange. Après
l'ouverture d'un transfert reliant ladite chambre de combustion ou d'expansion
à une chambre de
détente et d'échappement, ce mélange sera détendu dans cette dernière pour y
produire un travail.
Les gaz détendus sont ensuite évacués à l'atmosphère à travers un conduit
d'échappement.
En fonctionnement à air, à faible puissance, l'injecteur de carburant n'est
plus
commandé ; dans ce cas, l'on introduit dans la chambre de combustion,
sensiblement après
l'admission dans cette dernière de l'air comprimé -sans carburant- provenant
de la chambre
d'aspiration et de compression, une petite quantité d'air comprimé additionnel
provenam d'un
réservoir externe où l'air est stocké sous haute pression, par exemple 200
bars, et à la température
ambiante. Cette petite quantité d'air comprimé à température ambiante va
s'échauffer au contact de
ia masse d'air à haute température contenue dans la chambre de combustion ou
d'expansion, va se
3o dilater et augmenter la pression régnant dans la chambre pour permettre de
délivrer lors de la
détente un travail moteur.
Ce type de moteur bi-modes ou bi-énergies (air et essence ou air et air
comprimé
additionnel) peut également être modifié pour une utilisation préférentielle
en ville par exemple sur
tous véhicules et plus particulièrement sur des autobus urbains ou autres
véhicules de service (taxis
bennes à ordures etc..), en mono-mode air-air comprimé, par suppression de
tous les éléments de
fonctionnement du moteur avec le carburant traditionnel.
Le moteur fonctionne seulement en mono-mode avec l'injection d'air comprimé
additionnel dans la chambre de combustion qui devient ainsi une chambre
d'expansion. En outre,
CA 02267259 1999-03-29
WO 98115440 2 PCT/FR97J01766
l'air aspiré par le moteur peut être filtré et purifié à travers un ou
plusieurs filtres à charbon ou
autre procédé mécanique, chimique, tamis moléculaire, ou autres filtres afin
de réaliser une moteur
dépolluant. L'emploi du terme ~ air ~ dans le présent texte s'entend ~ tout
gaz non polluant ~.
Dans sa demande de brevet français 96l 1632, l'auteur a également décrit
l'installation
de compresseurs haute pression embarqués pour recharger en air comprimé le
réservoir du véhicule
équipé de moteurs tels que décrits ci-dessus, le compresseur est entraîné par
un moteur autonome
avec une source d'énergie autonome, et embrayé sur la transmission pour
fonctionner et remplir les
réserves d'air comprimé du véhicule lors des ralentissements et des freinages
permettant ainsi de
récupérer l'énergie considérable qui est dissipée durant ces opérations
l0 Toutefois, dans ce type d'installation, l'air comprimé sous haute pression
et haute
température vient remplir le réservoir principal qui est sensiblement à
température ambiante et se
refroidit. Cette solution entraine la perte d' une grande partie de son
énergie, notamment lorsque le
réservoir commence à se vider, ce qui induit une perte de sa pression, du fait
de la détente.
Le procédé suivant l'invention, propose une autre solution qui permet, de
plus, de
pouvoir disposer lors des accélérations, d'un couple et d'une réserve de
puissance supplémentaire.
II est caractérisé par les moyens mis en oeuvre et plus particulièrement par
le fait que, lors des
décélérations et des freinages, Ie compresseur haute pression, qui est mis en
action par un
embrayage ou tout autre coupleur, sert alors de ralentisseur, voire de frein
en produisant de l'air
comprimé à haute pression par exemple 200 bar et à température élevé. Cet air
comprimé est dérivé
et stocké dans un réservoir calorifugé ou non, dit réservoir da
réaccélération, où l'air comprimé est
maintenu à haute température et haute pression, pour être utilisé dés la
remise ea action du véhicule
en l'injectant dans la chambre de combustion ou d'expansion du moteur. Cet air
comprimé ayant
ainsi gardé un maximum de sa température et de sa pression du fait de la
courte durée de séjour
dans le réservoir de réaccélération, est réinjecté chaud dans la chambre de
combustion du moteur et
apporte une énergie considérablement plus importante lors de la remise en
action ou de la reprise du
véhicule. La capacité du réservoir de réaccélération calorifugé est réalisée
en fonction des besoins,
de même que la pression de l'air y contenu et, lorsque le réservoir de
réaccélération est plein, l'air
est à nouveau dérivé vers le réservoir principal
L'homme de l'art peut calculer volume et pression du réservoir de
réaccélération en
fonction de la fréquence et de l'intensité moyenne des freinages et des
accélérations suivant
l'utilisation visée.
Selon mie caractéristique préférentielle de l'invention, la réserve de
réaccélération est
réalisée dans un système à volume variable afin de maintenir, dès le début de
son remplissage, l'air
comprimé qui y est stocké, à une pression et à une température quasi
constante, par un dispositif
3 S assisté par des systèmes mécaniques, pneumatiques, ou hydrauliques tels
que ressorts ou autres et
plus particulièrement par un dispositif utilisant l'air comprimé en pression
dans le réservoir
principal après l'avoir détendu à une pression déterminée. Cette capacité de
réaccélération
calorifugée, à volume variable évite ainsi Ies chutes de pression et de
température de l'air comprimé
CA 02267259 1999-03-29
WO 98J15440 PCT/FR97/017bb
3
au fur et à mesure de son remplissage, et permet de disposer à tout moment
d'une quantité d'air à
la pression élevée souhaitée et à haute température pour permettre la remise
en action du véhicule,
sans attendre que la capacité de réaccélération ne soit intégralement remplie
pour atteindre la
pression de service souhaitée (par exemple I00 bar).
Ainsi, peu après un ralentissement ou un freinage, lorsque le conducteur du
véhicule
veut réaccélérer, on injecte dans la chambre de combustion ou d'expansion, une
quantité d'air
comprimé à haute pression et haute température prélevée dans la capacité de
réaccélération
permettant d'obtenir des pressions très élevées, dans ladite chambre, gages de
couple et de
puissance.
De nombreux moyens de maintient de la température dans le réservoir de
réaccélération
peuvent être utilisés, il est possible de citer pour exemple : l'utilisation
de céramique, de procédé de
calorifuge tels que laine de verre ou autre, de même qu'il est envisageable de
réaliser des systèmes
de chauffage non polluants, thermiques ou chimiques, sans pour autant sortir
du procédé selon
l'invention.
D'autre buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtrons à la
lecture de la
description à titre non limitatif d'un mode de réalisation faite en regard des
dessins annexés où
- La figure 1 représente un synoptique d'installation comportant une réserve
de
réaccélération suivant l'invention.
- La figure 2 représente vue en coupe longitudinale,une installation semblable
avec une
capacité de réaccélération à volume variable et pression constante et son
système de maintient de
pression et de températwe.
La figure 1 représente, schématiquement, un synoptique d'installation d'un
moteur
dépolluant comportant une chambre d'aspiration et de compression 1, une
chambre de combustion
ou d'expansion 2 à volume constant dans laquelle est implanté un injecteur
d'air additionnel 22
alimenté en air comprimé stocké dans un réservoir très haute pression 23 et
une chambre de detente
et d'échappement 4. La chambre d'aspiration et de compression 1 est reliée à
la chambre de détente
ou d'expansion 2 par un conduit 5 dont l'ouverture et la fermeture sont
commandées par un volet
étanche 6. La chambre de combustion ou d'expansion 2 est reliée à la chambre
de détente et
d'échappement 4 par un conduit ou transfert 7 dont l'ouverture et la fermeture
sont commandées
par un volet étanche 8. La chambre d'aspiration et de compression I est
alimentée en air par un
conduit d'admission 13 dont l'ouverture est commandée par une soupape 14 et,
en amont duquel est
implanté un fikre à charbon dépolluant 24.
La chambre d'aspiration et de compression 1 fonctionne comme un ensemble de
compresseur à piston où un piston 9 coulissant dans un cylindre 10 est
commandé par une bielle 11
et un vilebrequin 12. La chambre de détente et d'échappement 4 commande un
ensemble classique
de moteur à piston avec un piston 15 coulissant dans un cylindre 16, qui
entraîne par l'intermédiaire
d'une bielle 17 la rotation d'un vilebrequin 18. L'échappement de l'air
détendu s'effectuant à
travers un conduit d'échappement 19 dont l'ouverture est commandée par une
soupape 20. La
CA 02267259 1999-03-29
WO 98/15440 PCT/FR97/01766
4
rotation du vilebrequin 12 de la chambre d'aspiration et de compression 1 est
commandée à travers
une liaison mécanique 21 par le vilebrequin moteur 18 de la chambre de détente
et d'échappement 4.
Le compresseur embarqué 25 a son admission d'air 26 en dérivation sur le
conduit d'admission du
moteur 13 entre le système de filtrage 24 du moteur et le moteur lui-même.
Lors de sa rotation il va
remplir en air comprimé à travers son conduit d'échappement 27, les réserves
d'air comprimé haute
pression 23 installées sur le véhicule. Le compresseur 25 est entraîné par un
moteur électrique 28 à
travers un embrayage 29 qui est actionné pour le remplissage des réserves.
Le compresseur 25 est également relié à la transmission du véhicule 30,
également à
travers un embrayage 31 qui sera actionné (embrayé) lors des décélérations et
des freinages, et
lo servira de frein moteur permettant de ralentir le véhicule et de remplir en
air comprimé haute
pression et haute température, un réservoir de réaccélération 32,
avantageusement entouré d'une
enveloppe calorifuge 32A à travers un conduit dérivé 27A. Une vanne 33,
disposée sur le conduit
d'échappement du compresseur 27 dérive le flux d'air comprimé vers cette
réserve de réaccélération
à travers un conduit dérivé 27A en obturant le conduit 27 et permet, lorsque
le réservoir de
réaccélération est entièrement plein, si nécessaire, le fonctionnement du
compresseur embarqué au
freinage et/ou décélération, à travers le conduit 27, en obturant le conduit
dérivé 27A et, en
dirigeant le flux vers le réservoir principal 23. La vanne 33 obture également
le conduit 27A lors de
la réaccélération pour canaliser vers l'injecteur de réaccélération 22A, le
flux de l'air comprimé
sous pression contenu dans le réservoir de réaccélération 35 alors que le
compresseur embarqué 25
est débrayé, en évitant les pertes de pression en direction du compressew
embarqué 25 et/ou du
réservoir externe principal 23.
Après la décélération, le freinage et/ou l'arrêt du véhicule, lors de
l'accélération pour
remettre en action ledit véhicule, on actionne un injecteur d'air 22A pour
permettre d'injecter dans
la chambre de combustion ou d'expansion, de l'air comprimé haute pression et
haute température.
Cet air va se mélanger à l'air comprimé dans la chambre de compression l et
est transféré dans la
chambre de combustion ou d'expansion, du moteur et augmenter considérablement
la pression afin
de disposer d'une grande puissance pow la remise en action du véhicule.
La figure 2 représente, un synoptique d'installation avec un dispositif de
réservoir de
réaccélération à volume variable selon une variante de l'invention, avec un
système de régulation de
pression géré par la pression d'air comprimé régnant dans le réservoir
principal 23. Le réservoir de
réaccélération 35, avantageusement eirtowé de son isolation thermique 35A, est
constitué par un
cylindre creux de petit diamètre débouchant concentriquement dans un cylindre
creux de plus grand
diamètre 37 dans lesquels coulisse de manière étanche un piston à deux étages
38. Le cylindre de
petit diamètre est le réservoir de réaccélération 35, relié au conduit
d'arrivé 27A d'air comprimé
haute pression provenant du compresseur embarqué 25 qui est actionné lors des
décélération edou
des freinages et au conduit 39 de départ d'air comprimé vers l'injecteur de
réaccélération 22A. Le
cylindre de gros diamètre 37 comprend une arrivée d'air comprimé moyenne
pression 40 provenant
du réservoiz principal très haute pression 23 et détendu dans une capacité
tampon 41 à moyenne
CA 02267259 1999-03-29
WO 98I15440 PCT/FR97/OI766
pression nécessaire et suffisante pour l'alimentation en air additionnel de
l'injecteur 22 lors du
fonctionnement normal du moteur.
Le rapport des diamètres des cylindres est calculé de telle sorte que la
pression
détendue dans le cylindre de plus grand diamètre 37 permette de maintenir dans
le petit cylindre la
5 pression choisie pour alimenter l'injecteur d'air additionnel de
réacélération 22A. Par exemple un
grand cylindre de diamètre 100 mm recevant une pression détendue de 40 bars
permet de maintenir
une pression d'environ 110 bars dans un petit cylindre de 60 mrn de diamètre
qui constitue le
réservoir de réaccélération. De manière à éviter de grande différence de
pression lors du
déplacement du piston 38 la capacité tampon 41 sera choisie avec un volume
relativement
l0 unportant.
Lors du fonctionnement en mode air comprimé, le moteur est alimenté en air
additionnel
sous 40 bars (par exemple) et à température ambiante, par l'injecteur d'air
additionnel 22.
Lors d'une décélération c'est-à-dire dés que le conducteur relâche sa pression
sur
l'accélérateur ou lors d'un freinage , l'embrayage 31 est activé et le
compresseur d'air embarqué
25 est mis en action et assure le ralentissement ou le freinage. La vanne de
dérivation 33 se
positionne pour dériver l'air comprimé à haute pression et haute température
(par exemple 150
bars) par le compresseur 25 vers le réservoir de réaccélération 35. Sous
l'effet de l'arrivée de l'air
comprimé par le conduit 27A, le piston à double étage 38 se déplace et, en
raison de l'effort
appliqué sur sa face de grand diamètre par la pression régnant dans le grand
cylindre 37 maintient
dans le réservoir de réaccélération 35 une pression quasi constante (par
exemple 100 bar). Lorsque
le piston 38 est arrivé en fin de sa course la vanne 33 est à nouveau
actionnée pour diriger l'air
comprimé vers le réservoir principal 23. Il est ainsi possible de ralentir
et/ou freiner en faisant
fonctionner le compresseur embarqué 25 en dirigeant le flux d'air comprimé en
direction du
réservoir externe principal 23. Dès que le conducteur veut réaccélérer,
l'injecteur de réaccélération
22A est actionné pour alimenter la chambre de combustion 2 en air comprimé
chaud et à haute
pression permettant ainsi d'obtenir dans ladite chambre une pression très
élevée un couple de
réaccélération important. Dans cette phase de fonctionnement, la vanne 33 est
positionnée de telle
sorte qu'eue obure le conduit dérivé 27A pour permettre de canaliser vers
l'injecteur de
réaccélération 22A, le flux de l'air comprimé sous pression contenu dans le
réservoir de
réaccélération 35 alors que le compresseur embarqué 25 est débrayé, en évitant
les pertes de
pression en direction du compresseur embarqué 25 et/ou du réservoir externe
principal 23. Il entre
dans les compétences normales de l'homme du métier d'intégrer les commandes
d'actionnement des
vannes et d'injection en fonction des phases de freinages et d'accélération
décrites.
Le type de compresseur embarqué haute pression, le type d'embrayage de
commande, le
type de calorifugation de la capacité da réaccélération, le type de vanne de
dérivation 33, le mode de
maintient de pression etc, les différentes dispositions des éléments dans le
véhicule, peuvent varier
sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.
