MOTEUR A COMBUSTION INTERNE SANS REFROIDISSEMENT EXTERIEUR

Description

[0001] La présente invention se situe dans le domaine technique des moteurs à combustion interne, notamment le moteurs à explosion à cylindres et pistons moteurs, avec injection de carburant, qui peuvent équiper des véhicules, ou être aussi utilisés comme des moteurs fixes.

[0002] Tous les moteurs à combustion interne sont actuellement munis d'un système de refroidissement, par circulation d'un liquide refrigéré extérieurement ou par ventilation d'air ambiant. Ce système fait perdre une fraction de l'enthalpie de combustion complète du carburant, la perte d'énergie constatée étant d'environ 25%. Une telle perte d'énergie se traduit par un manque de disponibilité de puissance sur l'arbre moteur.

[0003] La présente invention a pour but de réduire fortement cette perte d'énergie due au refroidissement, de manière à améliorer de façon sensible le rendement énergétique des moteurs à combustion interne.

[0004] A cet effet, l'invention a essentiellement pour objet un moteur à combustion interne, qui est dépourvu de système de refroidissement extérieur spécifique, et qui est pourvu de moyens pour l'introduction, dans une ou des chambres de mélange associées à un ou des cylindres moteurs, d'une quantité d'air comprimé additionnelle, pour le refroidissement, telle que le moteur reçoit une quantité d'air totale supérieure à celle requise pour la combustion/explosion du carburant, le supplément d'air étant ajouté, dans la chambre de mélange, aux gaz de combustion sortant de la chambre de combustion, dès que le piston moteur quitte son point mort haut.

[0005] Ainsi, l'invention repose sur le principe du non-refroidissement du moteur par une source froide extérieure traditionnelle, mais d'un transfert de l'enthalpie correspondant à une quantité d'air additionnelle à celle de la combustion, le moteur recevant une quantité d'air totale supérieure à celle requise pour la seule combustion. Le supplément d'air est mélangé aux gaz sortant de la chambre de combustion dans la "chambre de mélange".

[0006] Plus particulièrement, la quantité d'air ajoutée, conformément à l'invention, est telle que son augmentation d'enthalpie en fin de mélange avec les gaz sortant de la chambre de combustion soit équivalente à celle rejetée par refroidissement, dans le cas des moteurs à combustion interne actuels équivalents, avec système de refroidissement extérieur. Le volume total du mélange "gaz + air additionnel" emmagasine donc toute l'enthalpie de combustion du carburant avant détente motrice.

[0007] La quantité d'air additionnelle joue ainsi le rôle de "refroidissement" mais, à l'inverse des moteurs à combustion interne traditionnels, l'enthalpie correspondante reste au sein même du mélange gaz-air, au lieu d'être rejetée hors du moteur. Elle va donc fournir du travail au cours de la détente motrice. Cette enthalpie emmagasinée par l'air additionnel est, par conséquent, un supplément d'énergie disponible pour la détente motrice, par comparaison avec celle des gaz de combustion, par comparaison avec les moteurs à combustion interne actuels.

[0008] Certes, il a déjà été proposé d'introduire de l'air dans des moteurs à combustion interne, mais dans un but ou pour une fonction qui ne sont pas comparables avec l'objet de la présente invention. Dans le document GB 1519966 A, relatif à un moteur à combustion interne rotatif, de l'air est introduit pour réaliser un "balayage", en fin de détente motrice des gaz de combustion, sans participer lui-même à la détente motrice, et sans se mélanger auxdits gaz de combustion. Dans le document WO 9627737 A, de l'air est introduit directement dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, où il se mélange à de l'air comprimé, pour un fonctionnement du moteur sans carburant, donc avec un faible rendement et sans problème de refroidissement. Par ailleurs, le document FR 2416344 A indique un moteur à combustion interne dans lequel la compression et la détente sont séparées, étant réalisées dans des cylindres distincts, mais dans lequel aucun air additionnel n'est ajouté pour réaliser le refroidissement du moteur.

[0009] Dans le cadre de la présente invention, la fraction d'air additionnelle peut être de l'ordre de 40 à 70%, par rapport à la quantité seulement nécessaire à la combustion/explosion du carburant, cette dernière quantité étant strictement inchangée par rapport à celle des moteurs actuels. Le rendement énergétique, obtenu pour le moteur objet de l'invention, peut atteindre 37% ou plus.

[0010] Il en résulte, comme conséquence avantageuse, une diminution considérable de la pollution atmosphérique, pour les mêmes conditions de service que les moteurs actuels, à rendements voisins de 27%.

[0011] On notera que l'enthalpie transmise à l'air additionnel est, en partie, transformée en travail lors de la détente motrice avec les gaz de combustion, et est, pour le restant de cette enthalpie reçue, dégagée sous forme thermique au sein des gaz de combustion (en parfait équilibre avec ces gaz) sortant du moteur, après détente motrice. Il n'y a donc pas d'accumulation de chaleur dans le moteur objet de l'invention, et le fonctionnement thermique global de ce moteur est très voisin de celui d'un moteur à combustion interne classique. La chambre de combustion est refroidie après chaque sortie des gaz, par l'air de la combustion suivante. Le moteur seul maintient ainsi sa propre température d'équilibre.

[0012] Pour la fourniture de l'air de combustion/explosion, et de la quantité d'air additionnel, sous pression, l'invention prévoit diverses possibilités.

[0013] Selon une forme de réalisation de l'invention, le moteur possède au moins un cylindre de compression d'air, avec un piston lié au même vilebrequin que les pistons des cylindres servant à la détente motrice, ou "cylindres moteurs", cette première possibilité étant particulièrement adaptée à des moteurs montés sur des véhicules. De préférence, l'on prévoit dans ce cas deux cylindres de compression d'air, montés en série (compression bi-étagée) pour économie d'énergie.

[0014] Ainsi, à l'inverse des moteurs à combustion interne classiques, il est prévu ici une séparation de la compression de l'air et de la détente motrice, dans deux ensembles distincts. Cependant, le vilebrequin est commun à ces deux ensembles.

[0015] Des turbines de construction adaptée, ou des compresseurs, peuvent aussi être utilisées pour fournir l'air de combustion/explosion et la quantité d'air comprimé additionnelle, en particulier dans le cas de moteurs fixes. Si plusieurs moteurs selon l'invention sont utilisés en position statique, dans une usine par exemple, l'air comprimé peut être fourni à l'ensemble de ces moteurs à partir d'un groupe (turbine ou compresseur) commun, envoyant l'air vers tous les moteurs, ce qui constitue naturellement une solution économique.

[0016] Avantageusement, une bouteille tampon est insérée entre les moyens de fourniture d'air comprimé de combustion/explosion et de la quantité d'air additionnel, tels qu'envisagés ci-dessus, et le ou les points d'introduction de cet air comprimé dans la ou les chambres de combustion/explosion et la ou les chambres de mélange correspondantes.

[0017] Plus particulièrement, pour un cylindre moteur, la ou chaque chambre de mélange est délimitée en partie supérieure par la culasse, latéralement par la paroi du cylindre moteur lui-même, et en partie basse par la tête du piston placé dans le cylindre moteur. La culasse comporte, en plus des soupapes d'entrée d'air de combustion et de sortie des gaz de combustion, au moins une arrivée avec soupape pour l'entrée d'air additionnel dans ladite chambre de mélange, et elle comporte aussi au moins une soupape de sortie des gaz et de l'air détendus à l'atmosphère. Ainsi, la chambre de mélange n'est pas un dispositif mécanique additionnel, mais elle se forme elle-même, entre la culasse et la tête du piston dans une position précise (selon la quantité d'air additionnelle), en cours d'éloignement vers le point mort bas. Cette chambre de mélange est alimentée en air additionnel par une soupape spécifique, reliée à la source d'air comprimé additionnel, qui est notamment la sortie de la bouteille tampon, elle-même alimentée par un compresseur. La soupape prévue pour l'échappement du mélange "gaz + air", détendu, fonctionne en s'ouvrant rapidement au point mort bas du piston. Dans la culasse sont aussi prévus une arrivée de carburant, et éventuellement un élément d'allumage, du genre bougie.

[0018] Hormis la culasse particulière, le moteur peut utiliser des carburants habituels (essences ou diesel), introduits sensiblement de la même façon que dans les moteurs classiques et selon un cycle analogue (moteur à quatre temps), avec la particularité avantageuse de disposer de temps de combustion/explosion assez longs, permettant d'obtenir la combustion la plus complète possible ; il s'agit là d'un avantage important, du point de vue de la lutte contre la pollution. On notera aussi l'inutilité de tout système de récupération aval, du type "turbo", car la détente motrice du mélange "gaz de combustion + air additionnel" est totale, jusqu'à la sortie à l'atmosphère.

[0019] Cependant, le moteur objet de l'invention ayant une capacité de refroidissement au moins égale à celle des moteurs à combustion interne classiques, il est préférable de réaliser la culasse en un matériau métallique à module d'élasticité élevé, supérieur à celui de alliages usuellement employés, et en particulier en acier spécial, ceci à titre de sécurité préventive. En période d'été, si la température ambiante est très élevée, une ventilation pourra "balayer" la surface extérieure de la culasse ; un petit ventilateur de très faible puissance est prévu à cet effet.

[0020] De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples, quelques formes d'exécution de ce moteur à combustion interne sans refroidissement extérieur :

Figure 1 est un schéma de principe général d'un moteur à cylindres et pistons, conforme à la présente invention ;

Figure 2 est une vue en plan très schématique de la culasse de ce moteur (pour un cylindre moteur) ;

Figure 3 est une vue en coupe longitudinale de cette culasse ;

Figure 4 est une vue générale, de côté, d'un moteur à deux cylindres de compression d'air et deux cylindres de détente motrice, conforme à l'invention ;

Figure 5 est une vue en plan par dessus du moteur de figure 4 ;

Figure 6 illustre l'application de l'invention à une turbine de détente motrice.

[0021] Comme le montre la figure 1, un moteur à combustion interne, conforme à la présente invention, comprend dans son principe général un vilebrequin 2 unique, au moins un cylindre 3 de détente motrice avec un piston moteur 4 lié au vilebrequin 2, une culasse en acier 5 coiffant le cylindre 3 de détente motrice, et au moins un cylindre additionnel 6 de compression d'air avec un piston interne 7 lié au même vilebrequin 2. Le cylindre additionnel 6 est prévu pour comprimer une quantité totale d'air, à savoir l'air nécessaire à la combustion/explosion et, en supplément, une certaine quantité d'air additionnel servant à réaliser le refroidissement du moteur.

[0022] Plus particulièrement, pour assurer sa fonction, le cylindre 6 de compression d'air comporte une aspiration d'air ambiant 8, et un refoulement d'air comprimé 9 relié à l'entrée d'une bouteille tampon 10 d'air comprimé. La sortie de la bouteille tampon 10 est subdivisée, et reliée à un point d'entrée 11 d'air additionnel et à un point d'entrée 12 d'air de combustion, situés sur la culasse 5 qui, de façon habituelle, comporte aussi des moyens d'injection de carburant.

[0023] En se référant aussi aux figures 2 et 3, la culasse 5 comporte intérieurement une chambre de combustion/explosion 13, reliée au point d'entrée 12 de l'air de combustion par l'intermédiaire d'une soupape 14 d'entrée d'air de combustion. A la chambre de combustion/explosion 13 est aussi associée une soupape 15 de sortie des gaz de combustion. Le point d'injection de carburant se situe en 16, dans la chambre de combustion/explosion 13. Dans le cas d'utilisation de carburant nécessitant un allumage par étincelle, la bougie est localisée en 16' (voir figures 2 et 3).

[0024] Sur le côté de la chambre de combustion/explosion 13, la culasse 5 comporte une soupape 17 d'entrée d'air additionnel, montée entre le point d'entrée 11 d'air additionnel et un volume appelé "chambre de mélange" 18, qui est délimité comme le montrent les figures 1 et 3 : en partie supérieure, par la culasse 5 ; latéralement, par la paroi interne du cylindre moteur 3 ; en partie basse, par la tête du piston 4 logé dans le cylindre moteur 3.

[0025] La culasse 5 comporte encore une soupape 19 de sortie des gaz et de l'air additionnel, détendus, à l'extérieur.

[0026] Le moteur comprend encore divers organes, tels qu'arbre(s) à cames nécessaires à la commande des soupapes.

[0027] Dans le cycle de fonctionnement du moteur, l'introduction d'air comprimé additionnel dans la chambre de mélange 18 est contrôlée par la soupape 17, et la sortie du mélange des gaz de combustion et de l'air additionnel est contrôlée par la soupape 19, tandis que l'injection de carburant, et le fonctionnement de la chambre de combustion/explosion 13 ne sont, dans leur principe, pas modifiées par rapport aux moteurs classiques (la durée de la combustion étant, cependant, nettement supérieure).

[0028] Cette chambre de combustion/explosion 13 est alimentée en air comprimé, qui entre par la soupape 14, à une pression et un taux définis selon le constructeur, la puissance et le carburant. Ladite chambre 13 communique avec le cylindre 3 de détente motrice par la soupape 15 ; dès la fin de la combustion/explosion, les gaz sortent de la chambre 13 par la soupape 15, et commencent leur travail en détente avec l'air additionnel auquel ces gaz de combustion/explosion se mélangent instantanément, dès leur sortie par la soupape 15.

[0029] La soupape 17 d'entrée d'air additionnel est ouverte dès que le piston moteur 4 quitte son point mort haut. L'introduction d'air additionnel est poursuivie jusqu'au moment où le recul de la tête du piston 4 a "dégagé", au-dessus d'elle, un volume calculé qui est celui de la chambre de mélange 18. En ce point précis, la quantité d'air additionnel requise est parvenue à l'intérieur de la chambre de mélange 18, et la soupape 17 termine sa fermeture. Ainsi, les gaz issus de la chambre de combustion/explosion 13 seront, dès le début de leur entrée dans le cylindre moteur 3, sur la tête du piston 4, mélangés à la quantité d'air comprimé additionnel qui vient d'être introduite dans le même cylindre 3.

[0030] La fin de fermeture de la soupape 17 est aussi l'instant d'ouverture de la soupape 15, permettant l'entrée des gaz de combustion dans la chambre de mélange 18, où ces gaz se mélangent à l'air additionnel précédemment introduit. L'enthalpie de l'air additionnel est ainsi rendue disponible au sein des gaz de combustion, mélangés à cet air, et ce mélange conduit à un abaissement instantané de la température ; il en est de même de l'abaissement de la pression, qui en est la conséquence directe. Il est important de noter que cet abaissement de température et de pression des gaz de combustion, obtenu lors du très court mélange avec l'air additionnel auquel est donc "cédée" l'enthalpie correspondante, est le même que pour les gaz de combustion d'un moteur à combustion interne classique, lors du refroidissement par une source froide extérieure, telle que de l'eau en circulation. De plus, ce mélange gaz-air fournit un travail de détente maximum, la pression finale étant pratiquement nulle, puisqu'elle correspond à la perte de charge entre le cylindre moteur 3 et la sortie à l'atmosphère (cette perte de charge pouvant être voisine de 0,3 bar), du fait que c'est le piston 4, quittant son point mort bas, qui va comprimer légèrement le mélange "gaz + air" pour l'évacuer à l'extérieur via la soupape 19.

[0031] Dans le cycle de fonctionnement, étant donné que le piston moteur 4 et le piston de compression d'air 7 sont liés au même vilebrequin 2, un tour de ce dernier entraîne, du côté du cylindre moteur 3 :

• la détente motrice pour un demi-tour,
• le refoulement des gaz moteur détendus pour le demi-tour suivant

et, du côté du cylindre 6 de compression d'air :

• l'aspiration d'air ambiant pour un demi-tour
• la compression de cet air pour le demi-tour suivant.

[0032] Donc, en un seul tour du vilebrequin 2 s'effectuent les quatre temps d'un moteur classique. Etant donné qu'un cylindre moteur 3 est réellement moteur sur un demi-tour du vilebrequin 2, il est clair qu'en installant un deuxième cylindre moteur sur le même vilebrequin (avec montage des manetons respectifs en opposition de phase), le vilebrequin devient réellement moteur sur la totalité de chaque tour.

[0033] En ce qui concerne le carburant, pour un carburant nécessitant une étincelle, fournie par la bougie située au point 16', la pulvérisation du carburant se fait au point d'injection 16 situé, comme la bougie, au centre de la chambre de combustion/explosion 13, comme montré au dessin (figures 2 et 3). Dans le cas d'un fonctionnement de type diesel, le carburant est pulvérisé dans la chambre de combustion/explosion 13 dans les mêmes conditions que pour un moteur classique de ce type.

[0034] Du fait que, pour tous les carburants, la pulvérisation de ceux-ci est effectuée dans l'air déjà comprimé, il est nécessaire de prévoir les pompes d'injection en conséquence.

[0035] Le temps de combustion/explosion, étant nettement plus long que dans les moteurs actuels, permet une bonne diffusion de la combustion dans la chambre de combustion/explosion 13, donc l'obtention d'une combustion la plus complète possible, ce qui représente un point important contre la pollution. Le temps de combustion se situe, en effet, entre la mi-course de la remontée du piston 4 vers son point mort haut, et le tout début de sa descente vers le point mort bas. En effet, il faut que cette combustion se termine toutefois avant que le piston 4 du cylindre moteur 3, au cours de sa course vers le point mort bas, ait dégagé le volume requis d'air additionnel, dit "chambre de mélange" 18.

[0036] Enfin, le fonctionnement des divers soupapes 14, 15, 17 et 19, avec contrôle de leurs instants d'ouverture et de fermeture, est assuré de manière connue en soi par un ou deux arbres à cames (non représentés).

[0037] Pour un moteur de moyenne puissance, comme illustré aux figures 4 et 5, on prévoit de préférence deux cylindres 6 de compression d'air, montés en série pour une compression bi-étagée, au-dessus desquels peut prendre place la bouteille tampon 10, et deux cylindres moteurs 3, coiffés par la même culasse 5. Les pistons respectifs 4 et 7 des cylindres 3 et 6 sont liés au même vilebrequin 2 par un embiellage classique, non représenté. Etant donné que l'air comprimé est introduit dans la bouteille tampon 10 avant utilisation, il est nécessaire qu'il soit exempt d'huile, de sorte que, pour les pistons 7 des cylindres 6 de compression d'air, l'on utilise des pistons "secs" (à segments non lubrifiés). Etant donné qu'avec une compression bi-étagée de l'air, la température finale de celui-ci peut ne pas être suffisante en particulier pour la combustion, il reste possible d'installer un réchauffeur, tel qu'un tube à ailettes, utilisant la chaleur résiduelle des gaz d'échappement ; ce réchauffeur reste un échangeur thermique de petites dimensions, donc de faible poids, eu égard à l'écart de température entre les deux flux.

[0038] La bouteille tampon 10 est calorifugée. De plus, afin que l'air fourni soit à la pression et à la température requises, même après un large arrêt et quelle que soit la saison, la bouteille tampon 10 comporte avantageusement des moyens de remise en température, réalisables sous la forme d'une résistance électrique chauffante, adaptée pour le réchauffage de cette bouteille. Par ailleurs, pour des raisons de sécurité, les sorties de la bouteille tampon 10, vers les chambres de combustion/explosion 13 et de mélange 18, sont munies de clapets anti-retour.

[0039] La figure 6 illustre la possibilité alternative d'application de la présente invention à une turbine de détente motrice 20, à haut rendement, qui par l'intermédiaire d'un réducteur 21 (ou réducteur-variateur de vitesse) entraîne une machine 22 tel que véhicule, équipement industriel ou autre. L'air comprimé est, ici aussi, fourni à partir d'au moins un cylindre 6 de compression d'air, et par l'intermédiaire d'une bouteille tampon 10 dont la sortie est reliée à un point d'entrée 11 d'air additionnel et à un point d'entrée 12 d'air de combustion situés sur une culasse 5 (les éléments correspondant à ceux précédemment décrits étant désignés par les mêmes repères numériques). On notera que, dans cette application, la quatrième soupape (pour sortie des gaz et de l'air détendus) est supprimée.

[0040] De plus, dans cette application, la "chambre de mélange" des gaz et de l'air additionnel est matérialisée différemment. La soupape 17 d'entrée d'air additionnel se ferme juste au moment où s'ouvre la soupape 15 de sortie des gaz issus de la chambre de combustion 13, les sorties respectives de ces deux soupapes 15 et 17 étant réunies au col du venturi 23, en aval duquel le flux gazeux commence son travail sur la turbine 20, ce point constituant la chambre de mélange.

[0041] L'utilisation du moteur à combustion interne, objet de l'invention, est équivalente à celle de tous les moteurs à combustion interne actuels, l'invention s'appliquant à la même gamme de puissance que les moteurs actuels. L'invention peut être mise en oeuvre tant pour la motorisation des véhicules neufs ou des installations nouvelles, que pour transformer des moteurs déjà existants.

[0042] L'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention, telle que définie dans les revendications annexées, en modifiant le nombre des cylindres du moteur, le détail des soupapes ou les matériaux constitutifs ; en particulier, le nombre de cylindres de compression d'air et de cylindres moteurs peut être augmenté, pour être égal à quatre, six, huit ou autre nombre de préférence pair, selon les puissances plus ou moins élevées qui seraient désirées.

Revendications

1. Moteur à combustion interne, notamment moteur à explosion à cylindres et pistons moteurs, avec injection de carburant, pouvant équiper un véhicule ou être utilisé comme moteur fixe, caractérisé en ce qu'il est dépourvu de système de refroidissement extérieur spécifique, et est pourvu de moyens (6 à 11, 17) pour l'introduction, dans une ou des chambres de mélange (18) associées à un ou des cylindres moteurs (3), d'une quantité d'air comprimé additionnelle, pour le refroidissement, telle que le moteur reçoit une quantité d'air totale supérieure à celle requise pour la combustion/explosion du carburant, le supplément d'air étant ajouté, dans la chambre de mélange (8), aux gaz de combustion sortant de la chambre de combustion (13), dès que le piston moteur (4) quitte son point mort haut.

2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité d'air ajoutée est telle que son augmentation d'enthalpie en fin de mélange avec les gaz sortant de la chambre de combustion (13) soit équivalente à celle rejetée par refroidissement, dans le cas d'un moteur à combustion interne équivalent, avec système de refroidissement extérieur.

3. Moteur à combustion interne selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la fraction d'air d'additionnelle est de l'ordre de 40 à 70%, par rapport à la quantité seulement nécessaire à la combustion/erxplosion du carburant.

4. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, plus particulièrement monté sur un véhicule, caractérisé en ce qu'il possède, pour la fourniture de l'air de combustion/explosion et de l'air additionnel, au moins deux cylindres (6) de compression d'air montés en serie, avec pistons (7) lié au même vilebrequin (2) que les pistons (4) des cylindres (3) servant à la détente motrice, ou cylindres moteurs.
   à l'inverse des moteurs à combustion interne classiques, il est prévu ici, une séparation de la compression de l'air et de la détente motrice; le vilebrequin étant commun à ces deux ensembles;
   la fraction d'air additionnelle peut être de l'ordre de 40 à 70%, par rapport à la quantité seulement nécessaire à la combustion/explosion du carburant, cette dernière quantité d'air étant strictement inchangée par rapport à celle des moteurs actuels;
   la chambre de combustion (13) est alimentée en air comprimé à une pression et un taux définis, selon le constructeur, la puissance, et, le carburant.

5. Moteur à combustion interne selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend deux cylindres (6) de compression d'air, montés en série pour une compression bi-étagée, et deux cylindres moteurs (3), les pistons respectifs (7, 4) de ces cylindres (6, 3) étant liés au même vilebrequin (2).

6. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, plus particulièrement moteur fixe, caractérisé en ce qu'une turbine ou un compresseur est prévu pour fournir l'air comprimé de combustion/explosion et l'air comprimé additionnel.

7. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une bouteille tampon (10) est insérée entre les moyens (6 à 9) de fourniture d'air comprimé de combustion/explosion et d'air additionnel, et le ou les points d'introduction (11, 12) de cet air comprimé dans la ou les chambres de combustion (13) et de mélange (18).

8. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, pour un cylindre moteur (3), la chambre de mélange (18) est délimitée en partie supérieure par une culasse (5), latéralement par la paroi du cylindre moteur (3) lui-même, et en partie basse par la tête du piston (4) placé dans le cylindre moteur (3) considéré, la culasse (5) comportant, en plus des soupapes (12, 15) d'entrée d'air de combustion et de sortie des gaz de combustion dans la chambre de combustion/explosion (13), au moins une arrivée (11) avec soupape (17) pour l'entrée d'air additionnel dans ladite chambre de mélange (18), et au moins une soupape (19) de sortie des gaz et de l'air détendus à l'atmosphère.

9. Moteur à combustion interne selon la revendication 8, caractérisé en ce que la culasse (5) est réalisée en un matériau métallique à module d'élasticité élevé, en particulier en acier spécial.

10. Moteur à combustion interne selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'une ventilation est prévue pour "balayer" la surface extérieure de la culasse (5), en cas de température élevée, notamment par utilisation d'un ventilateur de faible puissance.

Ansprüche

1. Verbrennungsmotor, besonders Explosionsmotor mit Zylinder und Motorkobeln, mit Kraftstoffeinspritzung; der ein Fahrzeug ausstatten oder als fester Motor benutzt werden kann. Er ist dadurch gekennzeichnet, dass er kein spezifisches äußerliches Abkühlsystem besitzt und ist mit Mitteln (6 bis 11, 17) für die Einführung einer Zusatzmenge Druckluft ausgestattet, in einem oder mehreren Mischungskammern (18), der (die) mit einem oder mehreren Motorzylinder(n) (3) verbunden sind, für das Abkühlen; so dass der Motor eine Gesamtmenge von Luft erhält, die höher ist als jene, die für die Verbrennung/Explosion des Kraftstoffs erforderlich ist. Der Luftzusatz wird dabei, in der Mischungskammer (8), den Verbrennungsgasen hinzugefügt, die aus der Brennraum (13) herauskommen, sobald der Motorkolben (4) seinen hohen toten Punkt verlässt.

2. Verbrennungsmotor, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hinzugefügte Luftquantität so ist, dass ihre Erhöhung der Enthalpie am Ende der Mischung, mit den Gasen, die aus der Brennraum (13) herauskommen, derjenigen entspricht, die durch das Abkühlen ausgestossen wird, im Falle eines äquivalenten Verbrennungsmotors mit äusserlichem Kühlsystem.

3. Verbrennungsmotor, nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzluftteil 40 bis 70 % beträgt, im Vergleich zu der Menge, die nur für die Verbrennung/Explosion des Treibstoffs notwendig ist.

4. Verbrennungsmotor, nach Ansprüchen 1-3, im allgemeinen in einem Fahrzeug eingebaut, dadurch gekennzeichnet, dass er, für die Verbrennung/Explosionsluft und der Zusatzluft, wenigstens zwei Zylinder zur Luftkompression besitzt, serienmäßig eingebaut, mit Kolben an dieselbe Kurbelwelle (2) gebunden, wie die Kolben (4) der Zylinder (3), die zur Dekompression des Verbrennungsgases (Expansion) dienen, oder Motorzylinder (Motorkolben?). Im Gegensatz zu den in der Welt existierenden Verbrennungsmotoren (oder klassischen Verbrennungsmotoren), ist hier, eine Trennung zwischen der Luftkompression und der Dekompression des Verbrennungsgases vorgesehen; die Kurbelwelle ist dabei für die beiden Einheiten dieselbe. Der Anteil der Zusatzluft kann 40 bis 70% betragen, bezüglich der Menge, die nur für die Kraftstoffs-Verbrennung/Explosion notwendig ist; Diese Menge ist, im Vergleich zu jener der derzeitigen Motoren, strikt unverändert. Der Verbrennungsraum (13) ist mit Druckluft versorgt, deren Druck und Anteil vom Hersteller, sowie von der Fahrzeugstärke und dem Treibstofftyp bestimmt werden.

5. Verbrennungsmotor, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass er, aus zwei Luftkompressionszylindern besteht (6), die für eine zweistufige Kompression in Serie eingebaut wurden, und zwei Motorzylindern (3), die jeweiligen Kolben (7,4) dieser Zylinder (6,3) ist dabei an dieselbe Kurbelwelle gebunden.

6. Verbrennungsmotor, nach irgendeinem der Ansprüche 1-3, besonders für einen festen Motor, dadurch gekennzeichnet, dass eine Turbine oder ein Kompressor vorgesehen ist, um die Druckluft der Verbrennung/Explosion und die zusätzliche Druckluft zu liefern.

7. Verbrennungsmotor, nach irgendeinem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pfropfenflasche (Luftbehälter) (10) zwischen den Mitteln (6 9) zur Lieferung von Druckluft zur Verbrennung/Explosion und von Zusatzluft, und dem oder den Einführungspunkt(en) (11,12) dieser Druckluft in die Verbrennungskammer(n) (13) und Mischungskammer(n) (18) eingefügt wird.

8. 8 - Verbrennungsmotor, nach irgendeinem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass, die Mischungskammer (18) für einen Motorzylinder (3) im oberen Teil durch einen Zylinderkopf (5), und längsseitig durch die Wand des Motorzylinders (3) selbst, abgegrenzt ist und, im niedrigen Teil durch den Kolbenkopf (4), der in den betrachteten Motorzylinder (3) gesetzt wurde, wobei der Zylinderkopf (5), zusätzlich zu den Eingangsventilen (12,15) der Verbrennungsluft und den Ausgangsventilen des Verbrennungsgases in der Verbrennungs/Explosionskammer, (13) wenigstens einen Eingang (11) mit Ventil (17) für Zusatzluft in die besagte Mischungskammer (18) und wenigstens ein Ausgangsventil (19) für die in die Atmosphäre ausströmenden Gase und die Luft umfasst.

9. Verbrennungsmotor, nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (5) aus einem metallischen Material mit hohem Elastizitätsmodul, insbesondere aus speziellem Stahl hergestellt wird.

10. Verbrennungsmotor, nach Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilation vorgesehen ist, um die Aussenoberfläche des Zylinderkopfes (5) bei hoher Temperatur, insbesondere durch Benutzung eines Ventilators schwacher Kraft, "zu fegen".

Claims

1. Internal combustion engine, specially a fuel explosion engine, equipped with cylinders and pistons and fuel injectors, which can, either energizes any vehicle or any equipment in a standstill position; its typical creative design is such that its construction does not include any cooling system, but, includes a few items (6 to 11, and 17) for performing the inlet of, a so called, additional compressed air flowrate, which is really the engine cooling system medium, into one (or more) mixing chamber/s (18), which is/are volume/s located inside one (or more) motorizing cylinder/s (3); such the above mentioned additional compressed air flowrate (engine cooling medium) entails a total engine compressed air flowrate bigger than that for only the fuel combustion/explosion sequence; the additional compressed cooling air flowrate is mixed to combustion gases when these gases go out from the combustion chamber (13) and enter the mixing chamber (18), that is to say at a very short time after the energizing piston (4) leaves its highermost position level (and starts going down to its lowermost position level).

2. Internal combustion engine, in compliance with the claim number 1, having got a typical creative design such as the additional compressed cooling air flowrate enthalpy quantity increasing, which is got at the end of the above mentioned "mixing air + gases going out from the combustion chamber (13)", is the same as the enthalpy quantity which is eliminated from any existing internal combustion engine by its outside cooling system (radiator and its water loop).

3. Internal combustion engine, in compliance with either claim number 1 or number 2, has got a typical creative design, such as the additional compressed air flowrate (engine cooling medium) is about 40 to 70% of the combustion/explosion air flowrate.

4. Internal combustion engine in compliance with any above specified claims number 1 to number 3, specially energizing a vehicle, having got a typical creative design, such as the combustion/explosion and additional cooling air supply equipment is composed of, at least, two air compression cylinders (6) connected in such a way for getting a double staged air compression running, equipped with pistons (7), which are fitted, with motorizing cylinder (3) pistons (4), to only one crankshaft (2); in the opposite of any existing internal combustion engines, the present design includes a separation of both air compression and combustion gases + cooling air mixing energizing groups, with only one crankshaft for both above mentioned groups; the additional compressed cooling air flowrate is about 40 to 70% of the combustion/explosion compressed air flowrate, which is exactly the same as the necessary air flowrate to any existing internal combustion engine fuel combustion; both combustion chamber (13) air pressure and flowrate are specified in compliance with the engine manufacturer design, the engine power and the fuel type.

5. Internal combustion engine, in compliance with the claim number 4, has got a typical creative design such as its construction is composed of two air compression cylinders (6), both of them are connected in a series type assembly in order to get a double-staged air compression running, and two motorizing cylinders (3);both piston sizes (7) and (4) for both corresponding cylinder sizes (6) and (3) are fitted to only one crankshaft (2).

6. Internal combustion engine, in compliance with claims number 1 to number 3, has got a typical design, such as either one turbine or one compressor can supply both the combustion/explosion compressed air flowrate and the additional compressed cooling air flowrate.

7. Internal combustion engine in compliance with any claims from number 1 to number 6, has got a typical design such as a buffer compressed air capacity (10) is located between equipments (6 to 9) which supply both the combustion/explosion compressed air flowrate and the additional compressed cooling flowrate; and pipe inlets (11 and 12) where both compressed air flowrates enter inside mixing chamber/s (18) and inside combustion chamber/s (13) respectively.

8. Internal combustion engine, in compliance with any claims from number 1 to number 7, has got a typical design such as, for every motorizing cylinder (3), its corresponding mixing chamber (18) is composed of a small part of the cylinder (3) inside volume; (18) is limited at its uppermost side by the cylinder head (5), along its lateral side by the cylinder (3) internal surface, and at its lowermost side by the piston (4) uppermost surface; the cylinder head (5) equipped with both valves (12 and 15) which are used for the combustion air inlet into the combustion/explosion chamber (13) and for the combustion gas outlet from the above mentioned chamber (13) respectively; is also equipped with, at least one pipe (11) equipped with the valve (17), for the inlet of the additional compressed cooling air flowrate into the mixing chamber (18), and also equipped with, at least one valve (19) which performs the expanded additional air + gas mixed flow elimination to the ambient atmosphere.

9. Internal combustion engine in compliance with the claim number 8, has got a typical design such as the cylinder head (5) material is made of special alloys which can perform high elasticity modulus.

10. Internal combustion engine according to either claim number 8 or claim number 9, has got a special design, such as, a low power fan is technically specified for performing an air draught which sweeps out the cylinder head (5) outside surface, when this surface gets a too high temperature;

Dessins