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Publication number: BE421377A
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Description


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  Procédé pour le fonctionnement de moteurs à combustion interne 
Les présents procédés pour le fonctionnement de moteurs à combustion interne représentent une amélioration notable dans le fonctionnement de moteurs à combustion interne à un ou plusieurs étages dans lesquels la chaleur existant dans l'eau de refroidissement et dans les gaz d'échappement est utilisée pour la production de vapeur. 



   Il est déjà connu antérieurement dans les moteurs à combustion interne à un ou à plusieurs étages qui possèdent une chambre de combustion particulière, d'introduire dans celle-ci, en vue du refroidissement de la chambre de   oombus-,   tion, de la vapeur qui est produite au moyen de la chaleur perdue, cette vapeur étant ensuite détendue en commun avec les gaz de combustion en produisant un travail. On connaît également des machines dans lesquelles la vapeur produite au moyen de la chaleur perdue est détendue séparément des 

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 gaz de combustion dans des chambres de travail particulières. 



   Contrairement à   ceci,   suivant la présente invention, la vapeur humide ou surchauffée du fluide inerte considéré est introduite après l'achèvement de la course d'aspiration dans le cylindre, est oomprimée, et après la combustion, par explosion, du mélange de gaz combustible, se détend avec les gaz de combustion en fournissant un travail extérieur. La chaleur enlevée au cylindre et la chaleur utilisable dans l'échappement jusqu'à 150-200. C sont transmises à un fluide inerte, par exemple de l'eau ou de la vapeur d'eau, et sont alors envoyées à l'état de vapeur humide ou surchauffée pendant la course de compression,   c'est   à dire après la ferme- ture de la soupape d'aspiration, dans le cylindre ou dans l'organe de travail.

   Par suite de cette mesure, la tempéra- ture de compression et la pression de compression s'élèvent tandis que la température initiale de la course de travail reste à peu près la même. Comme le rapport de la température de compression à la température d'aspiration est notablement plus grand que sans introduction du fluide inerte, par   consé-   quent le rapport.de la température initiale à la température finale est également plus grand de la même manière lors de la course de travail, c'est à dire que le travail fourni a également une plus grande valeur ; en réalité la fourniture de travail s'élève par rapport au fonctionnement connu actu- ellement de 50% ou en comparaison du fonctionnement avec uti- lisation des chaleurs perdues pour le fonctionnement d'une machine à vapeur, de 30%.

   Comme, en outre, la température après l'achèvement de la course de travail se trouve de   200-300'   en-dessous de celle des machines et des procédés connus actuellement tandis,que la pression finale de détente est plus élevée, il est économiquement possible de placer à la suite du cylindre une seconde chambre de travail dans laquelle s'effeotue la détente jusqu'à   la. pression   extérieure. 

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  Il est, en   outre   avantageux de réaliser cette chambre de travail comme machine à piston tournant pour utiliser les volumes avec des rendements élevés. Il est également avan- tageux, à cet effet, de faire fonctionner plusieurs moteurs à piston ou plusieurs cylindres sur un moteur à piston tour- nant. 



   La détente dans la chambre de travail adjointe peut se faire de telle façon que lors de la pression finale de la course de travail de la première chambre de travail, les fluides sont expulsés et ensuite après l'achèvement de l'ex- pulsion sont détendus dans la seconde chambre de.travail. 



  Dans ce cas, le volume résiduel de la chambre de compression de la première chambre de travail doit se détendre dans l'é-   chappement   au moyen d'une soupape commandée pour qu'on puis- se aspirer du nouveau mélange, ou bien il faut introduire dans la première chambre de travail un mélange comprimé au préalable par un compresseur particulier et auquel peut être mélangée la quantité voulue du'fluide inerte en forme de vapeur. 



   La détente peut toutefois se faire également de telle manière que la pression, lors du refoulement de la première chambre de travail dans la seconde, tombe jusqu'à l'extrémité de la course à environ 1 atm. abs. de sorte que donc le re- foulement hors du premier cylindre et la fourniture de tra- vail dans le second se font en même temps aveo liaison libre des deux chambres (disposition oompound). 



   Le présent procédé peut s'employer aussi bien dans le cas de moteurs à combustion interne du prinoipe Otto, c'est à dire en cas de compression du mélange de gaz combustible, que dans les moteurs à combustion interne du principe Diesel, c'est à dire avec injeotion ou insufflation du combustible après l'achèvement de la course de compression. 



   Tandis que dans le premier procédé mentionné, de la 

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 vapeur humide ou surohauffée d'un fluide inerte, par exemple de la vapeur d'eau, de surpression relativement minime, d'en- viron 1 atm., est introduite dans la oourse de compression, suivant une variante, le fluide inerte sera introduit dans le processus de travail avec une pression notablement plus éle- vée de plus de 3 atm. de surpression après vaporisation avec surohauffage de plus de 300 . 



   En outre, le fluide peut être introduit pendant la cour- se de travail de la première ohambre de travail (cylindre à explosion) dans cette chambre. Il est toutefois possible également d'insuffler le fluide inerte pendant le refoulement des gaz, se produisant avec contre-pression ou avec pression constamment décroissante, de la première chambre de travail dans la seconde (cylindre adjoint), dans la première chambre de travail ou dans la communication entre les deux, ou bien le fluide inerte peut être introduit direotement dans la seconde ohambre de travail avec les gaz de combustion sortant de la première chambre de travail. 



   On obtient par ce procédé qu'il ne faut employer pour le fluide inerte aucun travail de compression et que, par conséquent, le rendement de l'ensemble du processus de tra- vail est augmenté. 



   Tandis que,suivant le procédé décrit en premier lieu, de la vapeur est introduite vers la fin de la course d'aspi- ration ou au commencement de la course de compression, la vapeur à amener peut actionner avec 2-3 atm. abs. un   injeo-   teur et refouler ainsi de l'air ou du mélange pendant la course d'aspiration dans la première chambre de travail, de sorte que la charge augmente en concordance du travail de l'in- jecteur et, par   conséquent.,.. aussi, le   passage de chaleur par un volume donné de la première chambre: de travail ainsi que des chambres de travail adjointes. En outra,   la   vapeur sera produite de' nouveau au moyen de chaleur perdue résultant du 

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 prooessus de travail, par exemple au moyen de l'échappement ou du refroidissement des cylindres.

   L'injecteur produit, en outre, un mélange plus intime du combustible et de l'air de combustion de sorte que de ce fait une combustion plus complète est obtenue. 



   Suivant le procédé décrit pour le perfectionnement du fonctionnement de moteurs à combustion interne, un fluide inerte en forme de vapeur, par exemple de la vapeur d'eau, est comprimé avec le mélange de gaz combustible ou l'air de combustion, tandis qu'après la course de travail de la pre- mière chambre de travail, le gaz de combustion est détendu jusqu'à la pression extérieure dans une seconde chambre de travail. Comme la température à l'entrée dans la seconde ohambre de travail est assez élevée, 700-900 C, il faut pré- voir pour oelle-oi, qui est avantageusement réalisée comme machine à piston tournant, une construction particulière qui tient compte des conditions de fonctionnement difficiles se présentant à oes températures. 



   Pour éviter ceci et pouvoir employer les maohines à piston et à rotation ayant fait leurs preuves, on extrait suivant la présente invention du gaz de combustion, lors du passage de la première ohambre de travail dans la seconde chambre de travail, une quantité de chaleur telle que la température d'entrée dans la seconde chambre de travail est en-dessous de 600 C. 



   La chaleur enlevée n'est toutefois pas perdue mais est transmise au fluide inerte circulant en circuit fermé et produit le surohauffage de celui-ci, de sorte que cette cha- leur est employée de nouveau pour produire un travail. 



   On peut, en outre, produire le même effet que dans ce qui précède par le fait que pendant le refoulement hors de la première chambre de travail, ou déjà à la fin de la cour- se de travail, de   l'air   comprimé est introduit dans la pre- 

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 mière chambre de travail ou dans la communication de la pre- mière chambre de travail avec la seconde, la pression de l'air comprimé étant plus élevée que la pression des gaz de combus- tion au commencement de l'introduotion de l'air. 



   De ce fait, la température des gaz de combustion est abaissée à   600-900.,   tandis que la température de l'air de balayage s'élève à   600-900..   La ohaleur absorbée par l'air de balayage est alors transformée en partie en travail lors de la détente subséquente tandis que la détente se produit en commun avec les gaz de combustion dans la seconde chambre de travail.

   Dans ce procédé, le refroidissement de la première chambre de travail, de ses organes d'échappement et des canaux de transfert est produit sans que les chaleurs à évacuer soient transformées dans un niveau de température qui con- vient seulement encore pour la production de vapeur et dans lequel d'autre part il y a déjà suffisamment de ohaleur per- due, de sorte qu'également la chaleur évacuée est transformée pour une plus grande part en travail méoanique. La vapeur produite peut alors être employée comme on l'a décrit. 



   Un autre avantage consiste encore en ce que par ce balayage qui n'enlève pas de chaleur au processus et par l'expulsion du résidu de gaz de combustion hors de la pre- mière chambre de travail, la capacité de cette dernière est augmentée du volume de sa chambre de compression pour re-   cevoir   le mélange de gaz combustible. 



   Le procédé peut être exécuté de telle façon que pendant l'expulsion hors de la première chambre de travail, la pres- sion reste constante et la détente commence seulement dans la seconde chambre de travail,, ou   bionique   la détente oom-   mence   déjà pendant l'expulsion et qu'à la fin de celle-ci la pression dans la première et la seconde chambres de travail est approximativement la   pression   extérieure. 



   L'invention consiste   finalement'encore   en ce que lors      

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 de l'emploi de combustibles facilement inflammables, on évi- te que   1'inflammation.,se   produise trop rapidement et qu'il se produise ainsi des'chocs de pression non désirés. Ce résultat est obtenu par le fait que le combustible est dilué au moyen d'un gaz inerte et est pulvérisé au moyen de celui- ci. On produit ainsi que le processus de combustion est é- tendu dans le temps tandis que par suite de la pulvérisation et du tourbillonnement il se produit en même temps une com- bustion complète.

   Pour l'insufflation on peut emprunter une petite quantité de gaz de combustion à l'échappement et la comprimer à la pression d'insufflation nécessaire, ou bien on emploie pour l'insufflation de la vapeur sèche ou surchauffée amenée à la pression voulue ou produite à cette pression, vapeur qui peut être obtenue au moyen de chaleur provenant du processus de travail.

   En cas de combustible liquide bouillant facilement, au lieu d'injecter celui-ci avec une pression à l'état liquide, on peut produire la di- lution par le fait que le combustible porté à une haute pres- sion est vaporisé et ensuite insufflé au moyen de tuyères      dans la chambre de travail à l'instant indiqué ci-dessus, ou bien que le combustible en question est amené à l'état de vapeur sans pression ou avec une minime surpression et alors seulement comprimé à la pression nécessaire pour l'in- sufflation. Il est possible par ce procédé d'employer comme fluide moteur pour des moteurs Diesel au lieu des huiles Diesel lourdes des fluides moteurs moyens ou plus légers.

Claims

RESUME ----------- 1. Procédé pour le fonctionnement de moteurs à combus- tion interne, caractérisé en ce que la chaleur évacuée lors du refroidissement de la chambre de travail (cylindre) et autant que possible la chaleur sensible des gaz d'échappement sont employées pour la vaporisation d'un fluide inerte dont <Desc/Clms Page number 8> la vapeur humide ou surchauffée est introduite dans le oy- lindre après l'achèvement de la course d'aspiration, est com- primée et, après la combustion par explosion du mélange de gaz combustible, est détendue avec les gaz de combustion en fournissant un travail extérieur.

2. Procédé suivant 1, caractérisé en ce que des gaz de combustion, après l'extraction de la chaleur sensible utili- sable pour la vaporisation du fluide inerte, une autre par- tie de cette chaleur est enlevée au moyen de réfrigérants particuliers pour la récupération du fluide inerte par reoon- densation.

3. Procédé suivant 1 et 2, caractérisé en ce que la dé- tente se produit avec fourniture de travail extérieur dans deux chambres de travail montées l'une à la suite de l'autre, tandis qu'avantageusement la chambre de travail dans laquel- le la détente se produit jusqu'à peu près la pression exté- rieure est établie comme machine à piston rotatif.

4. Procédé suivant 1 et 3, caractérisé en ce que la détente dans la chambre de travail adjointe se produit de telle façon que l'on produit l'expulsion lors de la pression finale de la course de travail de la première ohambre de travail et qu'ensuite après l'achèvement de l'expulsion, la détente se produit dans la seconde chambre de travail.

5. Procédé suivant l, caractérisé en ce que du mélange comprimé au préalable au moyen d'un compresseur particulier est introduit pendant la course d'aspiration.

6. Prooédé suivant 1 et 5, caractérisé en ce qu'une quantité correspondante du fluide inerte en forme de gaz est ajoutée lors de la charge au mélange comprimé au préalable.

7. Procédé suivant 1 à b, caractérisé en ce que l'ex- pulsion de la première chambre ''de travail et la fourniture de travail dans la. seconde chambrât de travail coïncident au point de vue du temps en cas de communication libre des <Desc/Clms Page number 9> deux chambres, de sorte que la pression lors de l'expulsion hors de la première chambre de travail vaut environ 1 atm.

Jusque la fin de-la courte.

8. Procédé suivant 1, caractérisé en ce que le mélange de gaz combustible et le fluide inerte en forme de vapeur sont comprimés.

9. Procédé suivant 1, caractérisé en ce que l'air de combustion et le fluide inerte en forme de vapeur sont oom- primés et en ce que le combustible est injecté ou insufflé après l'achèvement de la course de oompression.

10. Prooédé suivant 1 et 3, caractérisé en ce que le fluide inerte qui a été vaporisé par la chaleur évacuée lors du refroidissement de la chambre de travail et la chaleur sensible des gaz d'échappement, est vaporisé à une pression plus élevée de plus de 3 atm. de surpression et est intro- duit dans le processus de travail.

Il. Prooédé suivant 10, caractérisé en ce que le fluide inerte est introduit avec un surohauffage élevé, de plus de 300 C, dans le processus de travail.

12. Prooédé suivant 10 et 11, caractérisé en ce que le fluide inerte est introduit dans la première chambre de travail pendant la oourse de travail de celle-ci.

13. Prooédé suivant 4,7 et 10, caractérisé en ce que le fluide inerte est, pendant l'expulsion se produisant avec oontre-pression ou avec pression tombant constamment, de la première chambre de travail dans la seconde, introduit dans la première chambre de travail ou dans la communication des deux chambres.

14. Procédé suivant 4, 7 et 10, caractérisé en ce que le fluide inerte est conduit, en même temps que les gaz de combustion sortant de la première ohambre de travail, direo- tement dans la deuxième chambre de travail.

15. Procédé suivant 5 et 6, oaraotérisé en ce que de <Desc/Clms Page number 10> la vapeur d'environ 2 ou plusieurs atmosphères absolues ac- tionne un injecteur et refoule ainsi de l'air ou du mélange dans la première chambre de travail pendant la course d'as- piration.

16. Procédé suivant 3, caractérisé en ce que du gaz de combustion, lors du transfert de la première chambre de tra- vail dans la seconde chambre de travail adjointe, on extrait une quantité de chaleur telle que la température d'entrée dans la seconde chambre de travail vaut moins de 600*C.

17. Procédé suivant 16, caractérisé en ce que la cha- leur enlevée est transmise au fluide inerte conduit en air- cuit fermé dans le processus de force motrice et est utilisée pour son surchauffage et, par conséquent, de nouveau pour la production de travail.

18. Procédé suivant 3, caractérisé en ce que de l'air comprimé est introduit, pendant l'expulsion des gaz de com- bustion de la première chambre de travail ou déjà à la fin de la course de travail de la première chambre de travail, dans la première chambre de travail ou dans la communication de la première chambre de travail avec la seconde chambre de travail, et est détendu ensuite avec fourniture de travail extérieur dans la seconde chambre de travail, en commun avec les gaz de combustion.

19. Procédé suivant 9, caractérisé en ce qu'en cas d'emploi de combustibles facilement inflammables, ceux-ci. sont dilués au moyen d'un gaz inerte et sont insufflés à l'état pulvérisé dans la chambre de travail.

20. Procédé suivant 19, caractérisé en ce qu'en vue de la dilution et de l'insufflation, une minime quantité de gaz de combustion est prise à l'échappement et est com- primée à la pression nécessaire pour l'Insufflation.

21. Procédé suivant 19, caractérisé en ce que pour la dilution et l'insufflation on emploie de la vapeur sèche <Desc/Clms Page number 11> ou surchauffa amenée à la pression voulue ou produite à cette pression, vapeur qui peut être produite au moyen de ohaleur se présentant dans le processus de travail.