Procédé de transformation d'énergie thermique en énergie mécanique à l'aide d'un moteur à combustion ainsi que ce nouveau moteur

Description

[0001] Il existe de nombreux types de moteur à combustion interne ou externe et/ou à explosion qui peuvent se classer en deux grandes catégories, les moteurs à deux temps et les moteurs à quatre temps.

[0002] Les moteurs à deux temps présentent l'avantage d'avoir un rapport temps actifs sur temps inactifs élevé, égal à 1/2, mais par contre du fait de leur conception la consommation de combustible est plus élevée que dans un moteur à quatre temps.

[0003] Les moteurs à quatre temps sont eux plus économes en combustible, mais comportent un système de distribution relativement compliqué et surtout comportent un rapport temps actifs sur temps inactifs défavorable de 1/4. Les pertes de calories par les parois sont plus élevées que dans un deux temps.

[0004] Les brevets DE-A-3 027 415, DE-A-2 039 398 et GB-A-2 057 052 décrivent des moteurs comportant des cycles à six temps. Dans ces moteurs, en plus des quatre temps habituels, on réalise entre l'admission et la compression conventionnelle une compression supplémentaire dans une chambre séparée. Le contenu comprimé de cette chambre séparée est en totalité ou en partie introduit dans la chambre à volume variable permettant ainsi d'augmenter le taux de compression.

[0005] La présente invention a pour objet un moteur dont le cycle diffère des moteurs à combustion à six temps existants qui permet d'augmenter le rapport entre les temps actifs et inactifs par rapport à ces moteurs et d'être plus économe en carburant. Il permet d'utiliser tous les carburants et le rendement thermique réel est supérieur aux deux temps, quatre temps et six temps conventionnels. Les pertes par les gaz d'échappement et d'eau de refroidissement sont inférieures.

[0006] Dans les moteurs Diesel un haut taux de compression est nécessaire à l'allumage du mélange de gas-oil/air. D'autre part, l'inflammation presque instantanée du mélange est à l'origine de phénomènes de cognement et de bruit. Ce type de moteur nécessite une construction particulièrement robuste et plus onéreuse qu'un moteur à essence. La présente invention permet d'utiliser du gas-oil tout en remédiant à ces inconvénients.

[0007] La réalisation du moteur selon l'invention est rendue possible par un nouveau procédé de transformation d'énergie thermique en énergie mécanique qui est défini à la revendication 1.

[0008] Le nouveau moteur selon l'invention comporte les caractères énumérés à la revendication 6.

[0009] Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple trois formes d'exécution du moteur selon l'invention.

[0010] Les figures 1 à 6 sont des coupes schématiques transversales d'un moteur rotatif à six temps illustrant les positions relatives des parties mobiles et fixes du moteur pour la fin de chacun des six temps constituant un cycle complet de fonctionnement.

[0011] Les figures 7 à 12 illustrent en coupe schématique transversale les six temps d'une exécution du moteur à piston à déplacement linéaire.

[0012] La figure 13 est une coupe longitudinale du moteur illustré aux figures 7 à 12.

[0013] La figure 14 est une coupe partielle transversale d'une variante du moteur illustré aux figures 7 à 13.

[0014] La figure 15 illustre en coupe longitudinale une troisième forme d'exécution du moteur.

[0015] Le présent procédé de transformation d'énergie thermique en énergie mécanique fait usage d'un moteur à combustion comportant un corps muni d'un conduit d'aspiration et d'un conduit d'échappement et présentant au moins un organe mobile déplaçable par rapport à ce corps et définissant une chambre à volume variable.

[0016] Ce procédé comporte un cycle de fonctionnement dont le nombre de temps actifs et inactifs est supérieur à quatre et de préférence égal à six.

[0017] Parmi les temps de ce cycle comportant plus de quatre temps, on retrouve toujours au moins les quatre temps suivants:

a. la compression d'air contenu dans la chambre à volume variable, par réduction du volume de celle-ci, à l'intérieur d'une chambre de préchauffage;

b. l'expansion de la chambre à volume variable par la détente d'air chaud contenu dans la chambre de préchauffage;

c. la compression, par une réduction du volume de la chambre à volume variable, de l'air chaud détendu qui s'y trouve dans une chambre de combustion dans laquelle on introduit un combustible provoquant la combustion du mélange ainsi obtenu;

d. l'expansion de la chambre à volume variable par la détente dans celle-ci de gaz de combustion à haute température et haute pression provenant de la chambre de combustion.

[0018] Ce procédé comporte donc deux temps actifs ou moteurs qui sont l'expansion de la chambre à volume variable par de l'air chaud comprimé (temps b) et l'expansion de cette chambre à volume variable par un gaz de combustion à haute température et haute pression (temps d).

[0019] Ce procédé comporte donc un rapport entre les temps actifs et inactifs égal à 1/3 et un échappement tous les six temps seulement.

[0020] Le procédé décrit comporte deux variantes selon la succession des temps a à f dans un cycle de fonctionnement complet. Dans la première variante les temps d'un cycle se succèdent de la manière suivante: e, a, b, c, d, f tandis que dans la seconde variante cette succession des temps est: e, a, d, f, b, c.

[0021] Selon ce procédé on chauffe l'air comprimé dans la chambre de préchauffage lors du temps «a» par un échange de chaleur entre la chambre de combustion et la chambre de préchauffage.

[0022] Dans la seconde variante du procédé on remarque que l'air et le gaz de combustion séjournent dans les chambres de préchauffage, respectivement de combustion pendant un laps de temps correspondant à la durée d'environ deux temps successifs du procédé. Ceci est avantageux, car d'une part la combustion peut se faire plus lentement en limitant le phénomène d'explosion et d'autre part cette combustion peut se faire plus complètement. Par ce fait, l'émission de gaz nocifs et de fumée est moindre. La combustion ayant lieu dans une chambre indépendante de la chambre à volume variable, on élimine les efforts violents sur les organes mobiles du moteur qui représentent un inconvénient important du système diesel. La construction en est allégée et le fonctionnement plus silencieux.

[0023] De plus, dans cette seconde variante, le temps de séjour de l'air dans la chambre de préchauffage étant plus long, sa température et sa pression sont augmentées ce qui permet d'obtenir un meilleur rendement.

[0024] Selon ce procédé on évite toute surpression indésirée dans la chambre de combustion en réglant la pression de la chambre de préchauffage en fonction de celle régnant dans la chambre de combustion. Lorsque la pression augmente en-dessus d'une valeur déterminée dans la chambre de combustion, on provoque l'évacuation d'une partie de l'air contenu dans la chambre de préchauffage vers le conduit d'admission.

[0025] Pour obtenir un préchauffage optimum de l'air contenu dans la chambre de préchauffage, cette chambre est située au moins partiellement à l'intérieur de la chambre de combustion. La circulation d'air s'effectue dans un seul sens dans la chambre de préchauffage, celle-ci ayant une entrée et une sortie.

[0026] L'introduction respectivement l'expulsion dans et hors de la chambre à volume variable de l'air frais, de l'air chaud et des gaz de combustion s'effectue comme on le verra plus loin à l'aide d'un dispositif de distribution à lumières ou à l'aide de soupapes commandées.

[0027] La première forme d'exécution du moteur illustrée schématiquement aux figures 1 à 6, fonctionne selon la seconde variante du procédé décrit, c'est-à-dire que la succession des temps dans un cycle complet est: e, a, d, f, b, c.

[0028] Ce moteur comporte un corps statique 1 comportant un conduit d'admission d'air ambiant 2. Ce corps 1 comporte encore un conduit d'échappement 4. Ce corps présente la forme générale d'un anneau circulaire, les conduits 2 et 4 débouchent à la fois sur sa périphérie externe et sur sa périphérie interne. Les lumières d'admission 5 et d'échappement 6 débouchant sur la périphérie interne de l'anneau statique 1 sont situées l'une en face de l'autre soit décalées d'environ 180°.

[0029] Le coprs ou anneau statique 1 comporte une chambre de préchauffage 7 présentant une lumière d'entrée 8 débouchant sur la périphérie interne du corps 1 entre les lumières d'admission 5 et d'échappement 6, environ 60° après la lumière d'admission dans le sens contraire aux aiguilles d'une montre. La lumière de sortie 9 de cette chambre de préchauffage 7 débouche sur la périphérie interne du corps 1, environ 60° après la lumière d'échappement toujours dans le sens contraire aux aiguilles d'une montre.

[0030] Ce corps 1 comporte encore une chambre de combustion 10 dont la lumière d'entrée 11 est située entre les lumières d'admission 5 et la lumière de sortie 9 de la chambre de préchauffage 7. La lumière de sortie 12 de cette chambre de combustion 10 débouche sur la périphérie interne du corps 1 entre la lumière d'entrée 8 de la chambre de préchauffage 7 et la lumière d'échappement 6.

[0031] Un injecteur de carburant 13 débouche dans une partie étranglée 14 de cette chambre de combustion et permet de délivrer un combustible dans cette chambre soit par l'intermédiaire d'une pompe à injection, soit par effet venturi dû à la circulation de l'air dans cette chambre.

[0032] Une bougie 3 débouche également dans cette chambre de combustion 10 pour l'allumage du mélange gazeux lors du démarrage du moteur à froid.

[0033] Un passage 15 relie l'éntrée de la chambre de préchauffage 7 à la lumière d'aspiration 5. Une vanne commandée 16 obture généralement ce passage 15. Cette vanne 16 est commandée par la pression régnant dans la chambre de combustion 10, détectée à l'aide d'un détecteur 17 et d'un dispositif électronique de commande 17a.

[0034] La partie mobile du moteur comporte un arbre moteur 18 relié à deux pistons oscillants 19 et 19a à l'intérieur d'un anneau de distribution 20 monté, rotatif à l'intérieur du corps 1. Cette partie mobile du moteur est réalisée par exemple de la façon décrite dans les figures 1 à 6 du brevet US-A-4 487 168 et est agencée pour que les pistons 19, 19a effectuent trois alternances, soit six mouvements de va-et-vient, pendant une révolution de l'arbre moteur 18 et de l'anneau de distribution 20.

[0035] Ces pistons oscillants 19, 19a définissent deux chambres 21, 21a à volume variable travaillant en opposition.

[0036] L'anneau de distribution 20 présente deux orifices opposés 22, 22a traversant, situés dans un plan bisecteur des chambres 21, 21a et communiquant continuellement avec celles-ci. Ces deux orifices sont également situés dans un plan transversal à l'arbre moteur 18.

[0037] Le fonctionnement du moteur décrit est le suivant:

1. Pendant la rotation de la partie mobile du moteur de sa position illustrée à la figure 6 jusqu'à sa position illustrée à la figure 1, l'ouverture 22 de l'anneau de distribution 20 s'est déplacée en regard de la lumière d'admission 5 et la chambre 21 a passé de son volume minimum à son volume maximum aspirant de l'air atmosphérique par le conduit d'admission. Ceci correspond au temps «e» d'admission d'air.

2. Pendant une rotation subséquente de la partie mobile du moteur de sa position illustrée à la figure 1 jusqu'à sa position illustrée à la figure 2, la chambre 21 diminue de volume provoquant la compression de l'air qui y est enfermé et le transfert de cet air comprimé dans la chambre de préchauffage 7 pendant le temps où l'orifice 22 est en regard de la lumière d'entrée 8 de cette chambre de préchauffage 7. Ceci correspond au temps «a» de compression de l'air. Avant ce transfert dans la chambre de préchauffage 7 celle-ci s'est vidée par l'orifice 22a dans la chambre 21a provoquant son expansion (temps b).

3. Pendant la rotation de la partie mobile du moteur de sa position illustrée à la figure 2 jusqu'à sa position illustrée à la figure 3, l'orifice 22 de l'anneau de distribution 20 passe devant la lumière de sortie 12 de la chambre de combustion 10 et le gaz de combustion à haute température et à haute pression entre dans la chambre 21 et provoque son expansion et par cela la rotation de l'arbre moteur 18. Ceci correspond au temps «d» d'expansion de la chambre à volume variable sous l'action des gaz de combustion.

4. Pendant la rotation de là partie mobile du moteur de sa position illustrée à la figure 3 à celle illustrée à la figure 4, les gaz de combustion détendus sont expulsés par réduction de volume de la chambre 21 dans le conduit d'échappement 4 par l'intermédiaire de l'ouverture 22 qui est en regard de la lumière d'échappement 6. Ceci correspond au temps «f», échappement.

5. Pendant la rotation de la partie mobile du moteur de sa position illustrée à la figure 4 à celle illustrée à la figure 5, l'orifice 22 de l'anneau de distribution 20 passe devant la lumière de sortie de la chambre de préchauffage 7 et l'air comprimé contenu dans celle-ci, chauffé par échange de chaleur avec la chambre de combustion 10, entre dans la chambre à volume variable 21, se détend dans celle-ci en provoquant sont expansion. Ceci correspond au temps «b», détente de l'air préchauffé.

6. Pendant la rotation de la partie mobile du moteur de sa position illustrée à la figure 5 jusqu'à celle illustrée à la figure 6, la chambre à volume variable comprime l'air chaud détendu puis l'envoie dans la chambre de combustion lorsque l'orifice 22 de l'anneau de distribution 20 passe devant la lumière d'entrée 11 de la chambre de combustion 10. Cet air chaud comprimé entrant dans la chambre de combustion 10 reçoit une dose de combustible adéquate provenant de l'injecteur 13. La pression et la température régnant dans cette chambre de combustion provoquent l'auto-allumage du mélange et sa combustion. Ceci correspond au temps «c», combustion. Au démarrage du moteur à froid cet allumage est obtenu par la bougie 3. Avant l'envoi de cet air chaud dans la chambre de combustion 10, l'orifice 22a a passé devant la lumière de sortie 12 de la chambre de combustion 10 dont le gaz à haute pression a provoqué l'expansion de la chambre 21a (temps d).

[0038] Le cycle recommence et se poursuit ainsi. Dans le moteur schématiquement représenté, les pistons 19, 19a définissent eux chambres à volume variable 21, 21a travaillant en opposition, mais réalisant chacune pour elle-même la succession des opérations 1 à 6 précitées, décalées d'environ de 180°.

[0039] Il faut noter que durant les temps,d'expansion b et d, les chambres de préchauffage respectivement de combustion peuvent n'être vidangées que partiellement de manière à y conserver une pression donnée. Ces chambres peuvent ainsi avoir un volume plus grand que la différence entre les volumes maxi et mini de la chambre à volume variable. Ceci augmente l'échange de chaleur entre les gaz de combustion et l'air comprimé et assure une meilleure régularité de fonctionnement à tous les régimes.

[0040] Ce moteur allie la simplicité, la performance, l'économie et la réduction de pollution. On constate en effet que par cycle de six temps, deux temps sont moteurs, l'expansion de l'àir préchauffé et l'expansion des gaz de combustion; ceci augmente donc la performance d'un tel mom teur par rapport à un moteur à quatre temps.

[0041] L'air chaud comprimé envoyé dans la chambre de combustion reste dans cette chambre pendant 1/3 du cycle de fonctionnement, soit plus longtemps que ce n'est le cas dans un moteur à quatre temps. On obtient ainsi une meilleure combustion du gaz et une diminution de l'émission de gaz nocifs et de fumée.

[0042] De plus, lorsque la pression dépasse la pression voulue dans la chambre de combustion, une partie de l'air contenu dans la chambre de préchauffage est transférée à la lumière d'admission, préchauffant l'air frais admis.

[0043] Ce moteur peut fonctionner avec n'importe quel combustible essence, gas-oil, etc. En effet, la température de la chambre de combustion peut être maintenue à une valeur élevée pendant tout le cycle de fonctionnement. On peut même prévoir des éléments à l'intérieur de cette chambre restant incandescents pour assurer l'auto-allumage du combustible.

[0044] Du fait que la combustion s'effectue plus lentement que dans un moteur à quatre temps et que par ailleurs la chambre de combustion est dans un bloc monolytique du moteur et qu'enfin la pression régnant dans cette chambre est contrôlée, la construction d'un tel moteur alimenté en gas-oil peut être aussi légère que celle d'un moteur à quatre temps à essence.

[0045] Toujours par le fait que la pression régnant dans la chambre de combustion est limitée, ou même contrôlée notamment en fonction de la puissance demandée et donc de la quantité de combustible qui y est introduite, le volume de gaz de combustion qu'elle contient peut être dosé de telle sorte qu'après expansion dans la chambre à volume variable, ces gaz de combustion détendus soient à une pression seulement légèrement supérieure à la pression atmosphérique. De ce fait, le bruit de l'échappement d'un tel moteur est fortement réduit.

[0046] Le rendement thermique de ce moteur peut également être augmenté du fait que l'on peut travailler à haute température dans la chambre de combustion sans être obligé de la refroidir de façon conséquente. En effet, cette chambre peut être revêtue de céramique, de même que les lumières et les orifices 2.2 pour permettre un fonctionnement à haute température. Des joints d'étanchéité sont prévus entre les organes en mouvement.

[0047] La puissance du moteur ainsi qu'en conséquence son nombre de tours est contrôlée par la quantité de carburant introduite dans la chambre de combustion, l'aspiration d'air frais étant pratiquement constante.

[0048] La seconde forme d'exécution du moteur illustrée aux figures 7 à 13 comporte un corps 23 comportant au moins un cylindre 24 dans lequel se déplace un piston 25 dans un mouvement de va-et-vient rectiligne. Ce piston 25 est relié au maneton 26 d'un vilebrequin 27 par une bielle 28. Le vilebrequin 27 constitue l'arbre-moteur. Le piston 25 délimité avec le cylindre 24 une chambre 29 à volume variable.

[0049] Un rotor 30 est monté rotatif dans la partie supérieure du corps 23 et est solidaire d'un axe 31 portant à l'une de ses extrémités une roue dentée 32. Cette roue dentée 32 est reliée à un pignon q3 solidaire de l'arbre-moteur. Un rapport de 1/3 de cette liaison cinématique fait que le rotor 30 tourne trois fois plus lentement que le vilebrequin 27.

[0050] La partie supérieure du corps comporte un conduit d'admission 35 et un conduit d'échappement 34 débouchant d'une part sur la paroi externe latérale du corps 23 et d'autre part sur la paroi latérale du logement du corps dans lequel est monté le rotor 30.

[0051] Un organe de distribution est constitué ici par une ouverture 36 pratiquée dans le corps 23 et reliant la chambre à volume variable 29 à la périphérie du logement recevant le rotor 30. Le corps 23 renferme encore un organe d'allumage, tel une bougie 37 débouchant dans une cavité 9,8 ouverte sur le logement recevant le rotor 30. La bougie 37 est décalée d'environ 60° dans le sens des aiguilles d'une montre par rapport à l'ouverture 36. Le corps 23 comporte encore un injecteur de carburant 39 débouchant dans une cavité 40 ouverte sur la périphérie du logement renfermant le rotor 30.

[0052] Le rotor 30 renferme une chambre de préchauffage 41 constituée par un canal diamétral dont les deux extrémité, l'entrée 42 et la sortie 43 débouchent sur la périphérie du rotor 30.

[0053] Ce rotor 30 renferme encore une chambre de combustion 44, entourant au moins partiellement la chambre de préchauffage 41, dont l'entrée 45 et la sortie 46 débouchent sur la périphérie du rotor 30.

[0054] Ce rotor comporte encore un passage d'admission 47 dont l'une des extrémités débouche sur la périphérie du rotor et l'autre sur la face latérale de celui-ci et coopère avec le conduit d'admission 35 du corps 23. Enfin, le rotor comporte un passage d'échappement 48 dont l'une des extrémités débouche sur la périphérie du rotor 30, tandis que l'autre extrémité débouche sur la face latérale du rotor et coopère avec le conduit d'échappement 34 du corps.

[0055] Tous les orifices débouchant sur la périphérie du rotor 30 sont adaptés à coopérer successivement, lors de la rotation du rotor, avec l'ouverture de distribution 36.

[0056] Ce moteur fonctionne également selon le procédé décrit précédemment et comporte les six temps a à f dont la succession est: e, a, d, f, b, c comme pour la première forme d'exécution du moteur illustrée aux figures 1 à 6.

[0057] Le fonctionnement de cette seconde forme d'exécution du moteur est le suivant:

1. Pendant que le piston 25 descend, la chambre 29 augmente de volume, et que le rotor passe de sa position illustrée à la figure 12 jusqu'à la figure 7, le passage d'admission 47 relie l'ouverture de distribution 36 au conduit d'admission 35 du corps 23 permettant un remplissage de la chambre 29 avec de l'air frais atmosphérique. Ceci correspond au temps «e» d'admission d'air. Pendant que le rotor 30 est dans sa position illustrée à la figure 7, fin d'admission, la sortie 46 de la chambre de combustion coïncide avec l'évidement 38. Ainsi, si le mélange combustible contenu dans cette chambre ne s'allume pas par auto-allumage, il est possible de l'allumer par une étincelle.

2. Pendant la remontée du piston 25, réduisant le volume de la chambre 29, et que le rotor 30 passe de sa position illustrée à la figure 7 jusqu'à celle illustrée à la figure 8, l'air contenu dans la chambre 29 est comprimé puis envoyé dans la chambre de préchauffage 41 lorsque son entrée 42 est en coïncidence avec l'ouverture de distribution 36. Ceci correspond au temps «a», compression de l'air.

3. Pendant que le rotor 30 passe de sa position illustrée à la figure 8 à celle illustrée à la figure 9, la sortie 46 de la chambre de combustion passe devant l'ouverture de distribution 36 permettant l'expansion du gaz de combustion à haute température et à haute pression dans la chambre 29 et forçant le piston 25 vers le bas. Ceci correspond au temps «d» expansion de la chambre à volume variable sous l'action des gaz de combustion.

4. Pendant la remontée subséquente du piston 25, réduisant le volume de la chambre 29, et que le rotor passe de sa position illustrée à la figure 9 à celle illustrée à la figure 10, la chambre à volume variable 29 est reliée par l'ouverture 36 et le passage 48 au conduit d'échappement 34. Ceci correspond au temps «f», échappement. Pendant que le rotor 30 est dans sa position illustrée à la figure 10, correspondant à la fin de l'échappement, l'injecteur 39 introduit une quantité déterminée de carburant dans la chambre de combustion dont l'entrée 45 coïncide avec l'évidement 40.

5. Pendant que le rotor 30 passe de sa position illustrée à la figure 10 à celle illustrée à la figure 11, la sortie 43 de la chambre de préchauffage 41 passe devant l'ouverture 36 et l'air comprimé préchauffé qu'elle contient se détend dans la chambre 29 provoquant la descente du piston 25. Ceci correspond au temps «b», détente de l'air préchauffé.

6. Pendant la remontée subséquente du piston 25, réduisant le volume de la chambre 29, le rotor a passé de sa position illustrée à la figure 11 à celle illustrée à la figure 12, et pendant que l'entrée 45 de la chambre de combustion 44 passe devant l'ouverture 36, l'air chaud détendu contenu dans la chambre à volume variable 29 est comprimé dans la chambre de combustion 44. Cet air chaud comprimé entrant dans la chambre de combustion reçoit une dose adéquate de combustible provenant de l'injecteur 39. La pression et la température régnant dans cette chambre de combustion provoquent l'auto-allumage du mélange et sa combustion. Ceci correspond au temps «c», combustion. Les moments de l'injection et de l'allumage seront déterminés pour donner des conditions de rendements optimum pendant le temps de séjour de l'air chaud comprimé dans la chambre de combustion.

[0058] Les avantages de ce moteur sont les mêmes que ceux de la première forme d'exécution du moteur.

[0059] La variante illustrée à la figure 14 se rapporte à un moteur du type de celui décrit en référence aux figures 7 à 13, mais dont la succession des temps dans un cycle est: e, a, b, c, d, f.

[0060] Le roteur 30 de ce moteur modifié comporte un passage d'admission 49 et un passage d'échappement 50 dont les sorties débouchant sur la périphérie du rotor sont adjacentes. Une chambre de combustion 51 dont l'entrée 52 et la sortie 53 sont adjacentes et une chambre de préchauffage 54 dont l'entrée 55 et la sortie 56 sont également adjacentes. Ce moteur comporte également un injecteur de carburant 57 et un dispositif d'allumage 58.

[0061] Dans cette forme d'exécution, le rotor est également entraîné en rotation par l'arbre moteur à une vitesse trois fois inférieure.

[0062] La figure 15 illustre une troisième forme d'exécution du moteur comportant, comme dans la première forme d'exécution, deux chambres à volume variable en opposition mais comportant, comme dans la seconde forme d'exécution, des pistons à déplacement linéaire et un rotor renfermant les chambres de préchauffage et de combustion.

[0063] Ce moteur illustré à la figure 15 comporte un corps 60 comportant deux cylindres 61, 61a d'axes parallèles dans lesquels se déplacent des pistons 62, 62a reliés par un embiellage conventionnel à un arbre moteur. Ces deux pistons travaillent en opposition et définissent avec le corps deux cham-. bres 63, 63a à volume variable.

[0064] Chacune des chambres 63, 63a est reliée à un évidement pratiqué dans le corps 60 par un canal de distribution 64, 64a, et les orifices de ces canaux débouchant dans ledit évidement coopèrent avec les ouvertures d'un rotor 65 monté rotatif dans cet évidement. Ce rotor 65 est entraîné en rotation par un arbre 66 relié par des engrenages à l'arbre-moteur. Ce rotor tourne trois fois moins vite que l'arbre moteur.

[0065] Le rotor 65 comporte un passage d'admission 67, un passage d'échappement 68, une chambre de préchauffage 69 et une chambre de combustion 70 comme dans la seconde forme d'exécution du moteur.

[0066] Le corps 60 comporte les conduits d'admission 71, 71a et d'échappement 72, 72a, ainsi qu'un injecteur de combustible (non illustré) et qu'éventuellement un dispositif d'allumage (non illustré).

[0067] Le fonctionnement de ce moteur est identique à celui de la seconde forme d'exécution du moteur au fait près qu'un seul rotor alimente deux chambres à volume variable travaillant en opposition. Pour chaque cylindre 61, 61a on retrouve exactement les six temps de fonctionnement 1 à 6 de la seconde forme d'exécution du moteur, chaque passage ou chambre du rotor 65 travaillant alternativement avec le canal de distribution 64, 64a de l'une et l'autre des chambres à volume variable 63, 63a.

[0068] Cette troisième forme d'exécution peut s'avérer particulièrement avantageuse, car elle pourrait être appliquée sur des blocs moteur conventionnels en modifiant simplement la culasse de ceux- ci.

Revendications

1. Procédé de transformation d'énergie thermique en énergie mécanique à l'aide d'un moteur à combustion comportant un corps (1, 23, 60) muni d'un conduit d'admission (2, 35, 49, 71) et d'un conduit d'échappement (4, 34, 50, 72), ainsi qu'au moins un organe (19, 25, 62) déplaçable par rap-, port à ce corps (1,23,60) définissant au moins une chambre de volume variable (21, 29, 63), comportant un cycle dont le nombre de temps est au moins égal à six dont deux sont constitués par:

e. l'introduction d'air, par le conduit d'aspiration (2, 35, 49, 71), dans la chambre à volume variable (21, 29, 63) lors d'une augmentation du volume de cette chambre; et

f. l'expulsion, par le conduit d'échappement (4, 34, 50, 72), par une réduction du volume de la chambre à volume variable (21, 29, 63), du gaz de combustion détendu contenu dans cette chambre.

Ce procédé étant caractérisé par le fait qu'au moins quatre temps sont constitués par:

a. la compression d'air contenu dans la chambre à volume variable (21, 29, 63), par une réduction du volume de celle-ci, à l'intérieur d'une chambre de préchauffage (7, 41, 54, 69);

b. l'expansion de la chambre à volume variable (21, 29, 63) par la détente d'air chaud contenu dans la chambre de préchauffage (7, 41, 54, 69);

c. la compression, par une réduction du volume de la chambre à volume variable (21, 29, 63), de l'air chaud détendu qui s'y trouve dans une chambre de combustion (10, 44, 51, 70) dans laquelle on introduit un combustible provoquant la combustion du mélange ainsi obtenu;

d. l'expansion de la chambre à volume variable (21, 29, 63) par la détente dans celle-ci de gaz de combustion à haute température et haute pression provenant de la chambre de combustion (10, 44, 51, 70).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la succession des différents temps dans le cycle complet est: e, a, d, f, b, c.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'on chauffe l'air comprimé contenu dans la chambre de préchauffage (7, 41, 54, 69) par échange de chaleur avec le gaz de combustion contenu dans la chambre de combustion (10, 44, 51, 70).

4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'on limite la pression dans la chambre de préchauffage (7, 41, 54, 69) à une valeur prédéterminée, et par le fait que lorsque la pres-, sion dans cette chambre de préchauffage (7, 41, 54, 69) dépasse la valeur limite on décharge une partie de l'air contenu dans celle-ci.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la circulation des fluides dans les chambres de préchauffage (7, 41, 54, 69) et de combustion (10, 44, 51, 70) est unidirectionnelle.

6. Moteur à combustion pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant un corps (1, 23, 60) à l'intérieur duquel se déplace au moins un organe mobile (19, 25, 62) délimitant au moins une chambre (21, 29, 63) dont le volume varie en fonction de la position relative de cet organe mobile (19, 25, 62) par rapport au corps (1, 23, 60), ce corps (1, 23, 60) comportant un conduit d'admission (2, 35, 49, 71) et un conduit d'échappement (4, 34, 50, 72) agencés de manière à communiquer, par l'intermédiaire d'un organe de distribution (20, 36, 65), alternativement avec la chambre à volume variable (21, 29, 63), caractérisé par le fait qu'il comporte une chambre de préchauffage d'air (7, 41, 54, 69) dont l'entrée et la sortie sont agencées de manière à communiquer, par l'intermédiaire de l'organe de distribution (20, 36, 65), alternativement avec la chambre à volume variable (21, 29, 63); et par le fait qu'il comporte une chambre de combustion (10, 44, 51, 70), dont l'entrée et la sortie sont agencées de manière à communiquer, par l'intermédiaire de l'organe de distribution (20, 36, 65), alternativement avec la chambre à volume variable (21, 29, 63).

7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la chambre de préchauffage (7, 41, 54,69) et la chambre de combustion (10, 44, 51, 70) sont agencées de façon à constituer un échangeur de chaleur.

8. Moteur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les chambres de préchauffage (7) et de combustion (10) sont situées dans le corps (1) du moteur; que l'organe de distribution est constitué par un anneau (20) muni d'au moins une ouverture (22) en liaison permanente avec la chambre à volume variable (21); et par le fait que l'organe mobile (25) est constitué par au moins un piston (19) relié à l'anneau de distribution (20) et à un arbre-moteur (18).

9. Moteur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'organe mobile est constitué par un piston (25, 62) se déplaçant linéairement dans un mouvement de va-et-vient par rapport au corps (23, 65); par le fait que l'organe de distribution est constitué par au moins une ouverture (36, 64), pratiquée dans le corps (23, 60) et en liaison permanente avec la chambre à volume variable (29, 63); et par le fait que les chambres de préchauffage (41, 54, 69) de combustion (44, 51, 70) sont situées dans un rotor (30, 65) monté rotatif dans le corps (23, 60).

10. Moteur selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le rotor (30, 65) et l'arbre moteur sont reliés par une liaison cinématique introduisant un rapport de 1:3 entre ces éléments.

11. Moteur selon la revepdication 9, caractérisé par le fait que le rotor (30, 65) comporte encore des passages d'admission (47, 67) respectivement d'échappement (48, 68) dont une extrémité coopère avec l'ouverture (36, 64) tandis que l'autre débouche sur les faces latérales du rotor et coopère avec les conduits d'admission (35, 71) et d'échappement (34, 72) du corps (23, 60).

12. Moteur selon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'un rotor (30, 65) coopère avec deux chambres à volume variable (29, 63).

13. Moteur selon l'une des revendications 6 à 11, caractérisé par le fait qu'il comporte plusieurs chambres de préchauffage (7, 41, 54, 69) et plusieurs chambres de combustion (10, 44, 51, 70) coopérant chacune avec au moins une chambre à volume variable (21, 29, 63).

14. Moteur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'entrée et la sortie de chaque chambre de préchauffage (7, 41, 54, 69) et de combustion (10, 44, 51, 70) sont décalées de 180° approximativement l'une par rapport à l'autre.

Claims

1. Method for the transformation of thermal energy into mechanical energy by means of a combustion engine comprising a body (1, 23, 60) provided with admission (2, 35, 49, 71) and exhaust ducts (4, 34, 50, 72), as well as at least one member (19, 25, 62) movable within said body (1,23,60) defining at least one chamber (21, 29, 63) having a variable volume, comprising a cycle of the number of strokes is at least equal to six out of which two are constituted by:

e. the introduction of air, through the admission duct (2, 35, 49, 71) into the variable volume chamber (21, 29, 63) during an increase of volume of said chamber; and

f. the expulsion, through the exhaust duct (4, 34, 50, 72), by means of a reduction of volume of the variable volume chamber (21, 29, 63), of the expanded combustion gases contained in said' chamber,

this method being characterized by the fact that at least four strokes are constituted by:

a. compressing air contained in the variable volume chamber (21, 29, 63), through a reduction of the volume of said chamber, into a prehating chamber (7, 41, 54, 69);

b. expanding the variable volume chamber (21, 29, 63) through the expansion of the hot air contained in the preheating chamber (7, 41, 54, 69);

c. compressing, through a reduction of the volume of the variable volume chamber (21, 29, 63), the hot expanded air in said variable volume chamber, into a combustion chamber (10, 44, 51, 70) in which fuel is introduced and causing the combustion of the mixture thus obtained; and

d. expanding the variable volume chamber (21, 29, 63) through the expansion into said chamber of the combustion gases at high temperature and high pressure from the combustion chamber (10, 44, 51, 70).

2. A method according to claim 1, in which the succession of the strokes in a complete cycle is: e, a, d, f, b, c.

3. A method according to claim 2, characterized by the fact that one heats the compressed air contained in the preheating chamber (7, 41, 54, 69) by heat exchange with the combustion gas contained in the combustion chamber (10, 44, 51, 70).

4. A method according to claim 2, characterized by the fact that one limits the pressure in the preheating chamber (7,41,54,69) to a given value, and by the fact that when the pressure in the preheating chamber (7, 41, 54, 69) rises over a limit value, a part of the air contained therein is discharged.

5. A method according to one of the preceding claims, characterized by the fact that the circulation of the fluids inside the preheating (7, 41, 54, 69) and combustion (10, 44, 51, 70) chambers is unidirectional.

6. Combustion engine to carry out the method of claim 1 comprising a body (1, 23, 60), at least one movable member (19, 25, 62) defining in said body at least one chamber (21, 29, 63), the volume of which varies as a function of the relative position of this movable member (19, 25, 62) with respect to the body (1, 23, 60); the body (1, 23, 60) having an admission duct (2, 35, 49, 71) and an exhaust duct (4, 34, 50, 72), adapted to communicate by means of a distribution member (20, 36, 65) alternatively with the variable volume chamber (21, 29, 63), characterized by the fact that it comprises an air preheating chamber (7, 41, 54, 69) the inlet and outlet of which are arranged to communicate through the distribution members (20, 36, 65) alternatively with the variable volume chamber (21, 29, 63); and by the fact that it comprises a combustion chamber (10, 44, 51, 70), the inlet and the outlet of which being adapted to communicate through said distribution member (20, 36, 65) alternatively with said variable volume chamber (21, 29, 63).

7. An engine according to claim 6, characterized by the fact that the preheating chamber (7, 41, 54, 63) and the combustion chamber (10, 44, 51, 70) are arranged to constitute a heat exchanger.

8. An engine according to claim 6, characterized by the fact that the preheating (7) and combustion (10) chambers are located in the body (1) of the engine; that the distribution member is a ring (20) provided with at least one aperture (22) in permanent communication with the variable volume chamber (21); and that the movable member (25) is constituted by at least one piston (19) connected to the distributing ring (20) and to a motor shaft (18).

9. An engine as claimed in claim 6, charac- . terized by the fact that the movable member is a piston (25, 62) linearly reciprocating with respect to the body (23, 65); by the fact that the distribution member is an aperture (36, 64), provided in the body (23, 60) and in permanent communication with the variable volume chamber (29, 63); and by the fact that the preheating (41, 54, 69) and combustion (44, 51, 70) chambers are located in a rotor (30, 65) rotatively mounted in the body (23, 60).

10. An engine according to claim 9, characterized by the fact that the rotor (30, 65) and the motor shaft are connected by a cinematic linkage having a ratio of 1:3 therebetween.

11. An engine according to claim 9, characterized by the fact that the rotor (30, 65) comprises further admission (47, 67) and exhaust (48, 68) ducts, one end of which cooperates with the aperture (36, 64) whereas the other end opens onto the' lateral faces of the rotor and cooperates with the admission (35, 71) and exhaust (34, 72) ducts of the body (23, 60).

12. Engine according to claim 11, characterized by the fact that one rotor (30, 65) cooperates with two variable volume chambers (29, 63).

13. Engine according to one of claims 6 to 11, characterized by the fact that it comprises several preheating chambers (7, 41, 54, 69) and several combustion chambers (10, 44, 51, 70) cooperating each with at least one variable volume chamber (21, 29, 63).

14. Engine according to claim 6, characterized by the fact that the inlet and the outlet of each of the preheating (7, 41, 54, 69) and combustion (10, 44, 51, 70) chambers are displaced of approxi-, matively 180° the one with respect to the other.

Ansprüche

1. Verfahren zur Transformation von thermischer Energie in mechanische Energie mittels einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Gehäuse (1, 23, 60), das mit einem Einlasskanal (2, 35, 49, 71) und einem Auslasskanal (4, 34, 50, 72) versehen ist, sowie wenigstens ein in bezug auf dieses Gehäuse (1, 23, 60) verstellbares Organ (19, 25, 62), das wenigstens eine Kammer mit veränderlichem Volumen (21, 29, 63) abgrenzt, umfassend einen Zyklus, dessen Zahl von Takten wenigstens gleich sechs ist, von denen wenigstens zwei gebildet sind durch:

e. die Einführung von Luft durch den Ansaugkanal (2, 35, 43, 71) in die Kammer mit veränderlichem Volumen (21, 29, 63) zur Zeit einer Zunahme des Volumens dieser Kammer; und

f. das Ausstossen der in dieser Kammer enthaltenen, entspannten Verbrennungsgase durch den Auslasskanal (4, 34, 50, 72) durch eine Verkleinerung des Volumens der Kammer mit veränderlichem Volumen (21, 29, 63).

Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens vier Takte gebildet sind durch:

a. die Kompression von in der Kammer mit veränderlichem Volumen (21, 29, 63) enthaltener Luft, durch eine Verkleinerung von deren Volumen, im Inneren einer Vorwärmkammer (7,41, 54, 69);

b. die Ausdehnung der Kammer mit veränderlichem Volumen (21, 29, 63) durch die Entspannung von in der Vorwärmkammer (7, 41, 54, 69) enthaltener warmer Luft;

c. die Kompression, durch eine Verkleinerung des Volumens der Kammer mit veränderlichem Volumen (21, 29, 63), der entspannten warmen Luft, die sich in einer Verbrennungskammer (10, 44,51,70) befindet, in die ein Brennstoff eingeführt wird, was die Verbrennung des so erhaltenen Gemisches einleitet;

d. die Expansion der Kammer mit veränderlichem Volumen (21, 29, 63) durch die Entspannung von Verbrennungsgasen mit hoher Temperatur und hohem Druck in dieser, ausgehend von der Verbrennungskammer (10, 44, 51, 70).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folge der verschiedenen Takte im vollständigen Zyklus ist: e, a, d, f, b, c.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Vorwärmkammer (7, 41, 54, 69) enthaltene, komprimierte Luft durch Wärmeaustausch mit den in der Verbrennungskammer (10, 44, 51, 70) enthaltenen Verbrennungsgasen erwärmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Vorwärmkammer (7, 41, 54, 69) auf einen vorbestimmten Wert begrenzt wird und dass ein Teil der in dieser Vorwärmkammer (7, 41, 54, 69) enthaltenen Luft ausgelassen wird, wenn der Druck in dieser den Grenzwert übersteigt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zirkulation der Fluide in den Vorwärm- und Verbrennungskammern (7, 41, 54, 69) und (10, 44, 51, 70) in einer Richtung ist.

6. Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend ein Gehäuse (1, 23, 60), in dessen Innerem sich wenigstens ein bewegliches Organ (19, 25, 62) verstellt, das wenigstens eine Kammer (21, 29, 63) begrenzt, deren Volumen sich in Abhängigkeit von der Relativposition dieses beweglichen Organs (19, 25, 62) in bezug auf das Gehäuse (1, 23, 60) ändert, wobei das Gehäuse (1, 23, 60) einen Einlasskanal (2,35,49,71) und einen Auslasskanal (4, 34, 50, 72) aufweist, die so eingerichtet sind, dass sie mittels eines Verteilorgans (20, 36, 65) abwechselnd mit der Kammer mit veränderlichem Volumen (21, 29, 63) in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Luftvorwärmkammer (7, 41, 54, 69) aufweist, deren Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung so eingerichtet sind, dass sie mittels des Verteilorgans (20, 36, 65) abwechselnd mit der Kammer mit veränderlichem Volumen (21, 29, 63) in Verbindung stehen; und dass sie eine Verbrennungskammer (10, 44, 51, 70) aufweist, deren Einlassöffnung und Auslassöffnung so eingerichtet sind, dass sie mittels des Verteilorgans (20, 36, 65) abwechselnd mit der Kammer mit veränderlichem Volumen (21, 29, 63) in Verbindung stehen.

7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmkammer (7, 41, 54, 69) und die Verbrennungskammer (10, 44, 51, 70) auf solche Weise eingerichtet sind, dass sie einen Wärmetauscher bilden.

8. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärm- und Verbrennungskammern (7) und (10) im Gehäuse (1) der Maschine liegen; dass das Verteilorgan durch einen Ring (20) gebildet ist, der mit wenigstens einer Öffnung (22) in dauernder Verbindung mit der Kammer mit veränderlichem Volumen (21) versehen ist; und dass das bewegliche Organ (25) durch wenigstens einem mit dem Verteilring (20) und einer Maschinenwelle (18) verbundenen Kolben (19) gebildet ist.

9. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Organ durch einen Kolben (25, 62) gebildet ist, der sich bei einer Hin-und Herbewegung in bezug auf das Gehäuse (23, 65) linear verstellt; dass das Verteilorgan durch wenigstens eine Öffnung (36, 64) gebildet ist, die im Gehäuse (23, 60) angebracht und in ständiger Verbindung mit der Kammer mit veränderlichem Volumen (29, 63) ist; und dass die Vorwärm- und Verbrennungskammern (41, 54, 69) und (44, 51, 70) in einem im Gehäuse (23, 60) angebrachten Drehrotor (30, 65) liegen.

10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (30, 65) und die Maschinenwelle durch eine kinematische Verbindung verbunden sind, die eine Beziehung von 1:3 zwischen diesen Elementen einführt.

11. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (30, 65) ausserdem Einlass- bzw. Auslassdurchführungen (47, 67) bzw. (48, 68) aufweist, von denen ein Ende mit der Öffnung (36, 64) zusammenwirkt, während das andere auf Seitenflächen des Rotors mündet und mit den Einlass- und Auslasskanälen (35, 71) und (34, 72) des Gehäuses (23, 60) zusammenwirkt.

12. Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotor (30, 65) mit zwei Kammern mit veränderlichem Volumen (29, 63) zusammenwirkt.

13. Maschine nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Aufwärmkammern (7, 41, 54, 69) und mehrere Verbrennungskammern (10, 44, 51, 70) aufweist, die jeweils mit wenigstens einer Kammer mit veränderlichem Volumen (21, 29, 63) zusammenwirken.

14. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung und die Auslassöffnung jeder Vorwärm- und Verbrennungskammer (7, 41, 54, 69) und (10, 44, 51, 70) etwa um 180° bezüglich einander versetzt sind.

Dessins