<Desc/Clms Page number 1>
"Moteur à combustion interne utilisant la ohaleur perdue àtravers les parois du cylindre et àl'échappement."
L'objet de l'invention est un dispositif appliqué aux moteurs à combustion interne fonctionnant aveo des oarburants liquides et aériformes, dispositif qui, sans changer les pha- ses de fonctionnement normales du moteur, orée un nouveau oyole de fonotionnement qui permet l'utilisation d'une partie de la chaleur, qui à présent, se perd dans les gaz d'éohappement et à travers les parois du ou des cylindres moteurs.
Il est connu que dans les meilleurs moteurs à oombustion
<Desc/Clms Page number 2>
interne ce n'est qu'environ un tiers de la chaleur générée par la combustion du carburant qui est utilisé au travail et don- ne la puissance normale du moteur, tandis que, des deux autres tiers un huitième est absorbé par les frictions mécaniques du moteur et les autres sept huitièmes, o.à.d; environ trois cin- quièmes de la chaleur totale, se perdent dans les gaz d'éohap.. pement et,, par refroidissement, à travers les parois du cylindre.
Cette chaleur peut être utilisée pour la transformation de l'eau en vapeur surohauffée à pression et à température éle- vées, et admise à un ou à des cylindres moteurs pendant la pha- se d'Allumage et d'expansion du mélange d'air et de carburant.
La vapeur ainsi introduite dans les cylindres non seulement agit par expansion comme dans une machine à vapeur normale, mais, vu sa haute température et oelle qu'elle reçoit après son intro.. duction dans le cylindre, ainsi que la quantité considérable d'o- xygène y contenue et oombinée avec l'hydrogène, elle facilite et complète la oombustion du carburant.
Au lieu d'introduire de la vapeur surchauffée l'on peut aussi injecter de l'eau froide ou portée à une température plus ou moins élevée par la chaleur des gaz d'échappement et de la ohaleur irradiée par les parois du cylindre de façon à ce que l'eau injectée dans le cylindre dans un moment prédéterminé de la phase d'expansion du mélange enflammé d'air et de oarbu..
rant absorbe de celui-ci une quantité prédéterminée de chaleur et se transforme instantanément et successivement d'eau en va,,- peur humide, et puis sèche, et à la fin surchauffée, et aussi en gaz à pression élevée et à température également élevée mais infé rieure à la température normale qu'on aurait à ce moment et suo- cessivement dans le oylindre si celui-ci ne fonctionnait qu'a- veo combustion de carburant, o.â.d. qu'avec l'injeotion d'eau et sa transformation en vapeur on augmente le volume, et par oon- séquent la pression du fluide agissant dans la phase'motrice, et on en-diminue la température.
Cette diminution de tempéra-
<Desc/Clms Page number 3>
ture se maintient, et par conséquent le fluide à l'instant de l'ouverture de la-soupape d'échappement se trouve à une tempe-. rature de beauooup inférieure à la température normale du fono- tionnement à seule combustion de carbutant, ce qui permet d'obte ni% un avantage évident et connu au point de vue du rendement du moteur. En outre la ohaleur résiduelle des gaz d'échappement est utilisée, comme on verra plus loin pour le ohauffage de l'eau à injeoter dans le cylindre$ et ne se perd qu'en partie.
De cette façon, en injeotant de la vapeur surchauffée, ou en injectant de l'eau chaude se transformant instantanément on va- peur surohauffée, l'on obtient que la puissance du moteur est augmentée pour deux raisons: I ) par l'action directe de la vapeur sur le piston et 20) par l'action indirecte sur la oom. bustion du mélange; c.à.d. par aotion chimique.
Le dispositif suivant l'invention basé sur le prinoipe technique ci-dessus énonoé peut être appliqué industriellement à tous types de moteurs à combustion interne soit à deux, soit quatre temps, soit à aspiration d'un mélange d'air et de car- burant atomisé, ou d'air et de gaz carburant.
Comme l'application de l'invention aux divers types de moteurs oi-dessus indiqués est analogue, elle sera ioi décrite titre d'exemple pour l'applioation aux moteurs fonctionnant suivant le cycle de Diesel. Comme on le sait, ces moteurs as- pirent et compriment l'air pu!' à 25 et jusquà 30 kg. par cen- timètre oarré de pression. Cette pression atteinte, l'on injecte le combustible liquide atomisé lequel s'allume en entrant dans la masse d'air comprimé et réchauffé par le fait de la compres- sion rapide qu'il a subie.
On a aussi la phase motrice.
A est le cylindre du moteur fonctionant suivant le oy- ole de Diesel et auquel est appliquée la présente invention,
B est le piston, 0 la bielle D l'arbre moteur, E et F les engrenages de la distribution G, H e I sont les éxoentri-
<Desc/Clms Page number 4>
ques sur l'arbre de la distribution pour la commande des soupa- pes d'aspiration L et d'échappement M, et de la pompe N pour l'injection du combustible dans le oylindre effectuée au moyen du pulvérisateur O. Les organes susdits sont les organes nor- maux des moteurs de ce type. Pour appliquer la présente inven- tion il faut transformer les autres organes du moteur et en ajouter de nouveaux.
Ainsi, la couche d'eau circulant normale- ment autour du cylindre moteur est réduite d'épaisseur, comme indiqué en a dans le dessin, et la paroi extérieure b de la ohemise est d'une épaisseur-et de dimensions telles qu'elle peut résister à de hautes pressions; de plus, elle est oouver- te d'une couche o d'une matière isolante par rapport à la oha- leur, de façon à réduire au minimum les pertes de chaleur par irradiation de la surface extérieure de la chemise d'eau* Le tube d'échappement d du moteur est concentrique à un autre tube! d'un diamètre plus grand, de façon à ce qu'entre le diamètre extérieur du tube d et le diamètre intérieur du tube e, il reste un espace annulaire dans lequel circule l'eau,
cet espace étant en communication aveo la chemise d'eau autour du cylindre. Le tube e est revêtu de matière réfractaire à la chaleur, de façon à réduire au minimum la dispersion par irra- diation;
Dans le cas d'injeotion de vapeur la première longueur f du tube d'échappement, oelle plus proohe de la soupape M sert à surchauffer la vapeur générée dans la chemise du oylin- dre, et de ce point part le tube g de prise de la vapeur qui va à la soupape h commandée par l'excentrique i qui règle l'ins tant et la durée de l'introduction de la vapeur dans le cylin- dre moteur A.
Dans le cas d'injeotion d'eau, au contraire, cette longueur du tube d'échappement sert aussi au chauffage de l'eau ou la ohemise autour du cylindre peut être suffisante ou bien il y a oiroulation, uniquement dans la tête du oylindre, en abolissant ainsi la circulation autour du tube d'échappement
<Desc/Clms Page number 5>
et en supprimant la chemise d'eau autour du cylindre. Le tube g et la soupape h servent pour l'introduction de l'eau à l'ins- tant et pour la durée déterminés par l'excentrique de commander
Les gaz d'échappement au lieu de passer dans le pot d'échappement sont transportés à travers un radiateur- conden- seur 1.
La vapeur d'eau contenue dans ces gaz condensateurs est recueillie au point le plus bas du condensateur en!, et après avoir traversé l'épurateur n l'eau est aspirée par la pompe .. d'échappement d'alimentation e et injectée à l'extrémité du tube/pu elle se chauffe et se vaporise de nouveau,, - cela dans le cas d'injec- tion de vapeur,- où elle reste à l'état d'eau si lion injecte de l'eau.
Le tube p qui, de la pompe d'alimentation conduit l'eau à l'extrémité la plus basse de la chemise d'eau autour du tube d'éohappement, est enroulé sur ce tube au-delà de la re chemise d'eau, et/couvert d'une oouohe réfraotaire à la ohaleur De cette façon l'eau d'alimentation se chauffe avant d'entrer dans la chemise d'eau. Le tube p ainsi disposé fonctionne oom- me économisateur. Dans le cas d'injeotion d'eau dans le oylin dre, ce dispositif peut être supprimé.
Le but de l'invention ci-dessus décrite est évident. En. effet, dans le cas d'introduction de vapeur, après la mise en marche du moteur suivant son fonctionnement'normal, en lais- sant olose la soupape h au moyen de la commande q qui déplace l'excentrique 1;l'on obtiendra que les parois du cylindre et du tube d'échappement chauffent,, en la vaporisant, en très peu de temps la mince couche d'eau disposée autour d'elle jusqu'à arriver à une pression élevée de 20 à 40 kg.par centimètre car- ré. La vapeur générée se recueille dans la longueur! du tube d'échappement, ou dans la tête du cylindre où elle se réohauffe à une très haute température de 300 à 900 C.
Après être arri- vée à la pression et à la température de régime de la vapeur, la commande q se déplace$ et partant aussi l'excentrique 1 qui @ fait agir la soupape h. De cette façon la vapeur fortement sur-
<Desc/Clms Page number 6>
chauffée entre sans pression élevée dans le oylindre moteur dans un moment donné à la phase d'expansion du mélange d'air et de carburant enflammé, et plus précisément à l'instant dans lequel la température et'la pression se trouvent dans un rap- port déterminé par rapport à celle de la vapeur.
La vapeur ; a- près être entrée dans le cylindre dans de telles conditions, absorbe la chaleur du mélange enflammé en augmentant la pres- sion et le volume, et agit en outte sur le piston de façon à produire du travail par son expansion,, L'introduction de la vapeur dans le oylindre oesse à un moment donné de la course d'expansion du piston pour permettre à la vapeur même, ensem- ble aveo le mélange d'air et de carburant, de s'épandre, en utilisant le travail ainsi produit.
Dans le cas d'injection d'eau le prooédé est analogue, c.é.d. dès que l'eau est arrivée à la température prédéterminée nécessaire, par absorption de chaleur transmise à travers les parois du oylindre et du tube d'échappement, la commande q se déplace, et par conséquent aus- si l'excentrique i qui fait agir la soupape h. De cette façon l'eau entre dans le cylindre moteur, absorbe la ohaleur du mé- lange de carburant enflammé, se transforme en vapeur surchauf- fée, augmente la pression et le volume de la masse de fluide et agit sur le piston en produisant du travail par son expan- sion.
La diminution de température du mélange de carburant en- flammé par l'absorption de ohaleur de l'eau qui est transfor- mée en vapeur, se maintient dans la phase d'expansion et pro- duit un abaissement notable de la température de la masse flui- de à l'échappement., aveo un avantage évident de rendement, vu que la chaleur absorbée a été trnasformée en travail. La ôha- leur résiduelle à l'échappement peut, si on le désire,être encore utilisée en partie pour chauffer l'eau avec les dispo- sitife oi-dessus décrite, et elle peut alors être injectée dans le cylindre. Si la souape d'échaprement m s'ouvre, la va- peur et les gaz brûlés passent au radiateur-condenseur.
Dans celui-ci en dehors de la vapeur admise et produite
<Desc/Clms Page number 7>
direotement par l'eau, se trouve aussi condensée la vapeur d' eau qui résulte de la combinaison chimique de l'oxygène de l'air aspiré par le moteur avec l'hydrogène du carburant. L'eau de condensation est recueillie en m au fend du radiateur-oon- denseur, pour être utilisée.