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FR2523212A1 - Heat engine pressure charge - uses steam engine to drive compressor using condenser as cold source - Google Patents

Heat engine pressure charge - uses steam engine to drive compressor using condenser as cold source Download PDF

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FR2523212A1
FR2523212A1 FR8204151A FR8204151A FR2523212A1 FR 2523212 A1 FR2523212 A1 FR 2523212A1 FR 8204151 A FR8204151 A FR 8204151A FR 8204151 A FR8204151 A FR 8204151A FR 2523212 A1 FR2523212 A1 FR 2523212A1
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/08Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B39/02Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/08Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio
    • F02B39/085Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio the fluid drive using expansion of fluids other than exhaust gases, e.g. a Rankine cycle

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

The heat-engine pressure-charger allows a charge of compressed air to be delivered to the inlet without delaying acceleration, requiring any power from the engine shaft, or generating back-pressure in the exhaust. It uses a steam engine employing a condenser as the cold source and the engine as the heat source, driving a pressure-charging compressor.

Description

TITRE : SURALIMENTATION RECUPERATIVE DES MOTEURS THES IQUE DOMAINE DE LA TECHNIQUE : Tout moteur thermique
ETAT DE LA TECHNIQUE
La suralimentation des moteurs thermiques se fait actuellement soit par turbo cornssêur qui utilisent l'éner- gie des gaz d'échappement pour comprimer l'air d'admission soit par compresseur-volumétrique qui prélèvent de l'énergie sur le vilebrequin pour aboutir au même résultat
Le "comprex" est une technique ingénieuse qui utilise des phénomènes de résonnance acçoustique et de compres sion dynamique des gaz d'admission en bénéficiant de la détente des gaz d'échappement et en prélevant une faible quantité d'énergie mécanique du moteur pour entraîner un rotor.
TITLE: RECUPERATIVE SUPERCHARGING OF IQUE TEA ENGINES TECHNICAL FIELD: All thermal engine
STATE OF THE ART
The combustion engines are currently supercharged either by turbo cornssêur which use the energy of the exhaust gases to compress the intake air or by volumetric compressor which draw energy from the crankshaft to achieve the same result
The "comprex" is an ingenious technique which uses phenomena of acoustic resonance and dynamic compression of the intake gases while benefiting from the relaxation of the exhaust gases and by taking a small amount of mechanical energy from the engine to drive a rotor.

Toutefois, dans les 3 cas on note que l'on dégrade les nerformances du moteur au niveau de ses "sorties" afin de préparer la charge fraîche qui va l'allimenter. En effet, le turbo compresseur et le comprex créent une contre pression à l'échappement qui réduit la puissance du moteur au même titre que le compresseur volumétrique réduit la puissance mécanique utile en en détournant une partie pour son travail. However, in the 3 cases we note that we degrade the engine's nerves at its "outputs" in order to prepare the fresh load that will power it. Indeed, the turbo compressor and the comprex create an exhaust back pressure which reduces the engine power in the same way as the positive displacement compressor reduces the useful mechanical power by diverting part of it for its work.

Autre problème important : le Turbo compresseur, caa-ur volumétrique, et comprex sont l'objet de changement de régimes important à des niveaux de vitesse de rotation élevé (plus + de 100.000 T./m pour le turbo) ils gaspillent donc une énergie appréciable à chaque cycle accélération freinage. Another important problem: the Turbo compressor, volumetric caa-ur, and comprex are subject to significant speed changes at high rotational speed levels (more than 100,000 T./m for the turbo) so they waste energy appreciable at each brake acceleration cycle.

Dernier problème le turbo conpresseur est sujet à un "retard" bien connu qui pénalise la franchise des accélérations. Last problem the turbo compressor is subject to a well-known "delay" which penalizes the excess of accelerations.

CONTENU DE L'INVENTION.CONTENT OF THE INVENTION.

Un moteur thermique dégrade environ 33 % de sa puissance sous forme de calories qui sont dissipés dans l'eau, l'huile, l'échappement et l'air baignant le compartiment moteur
Par ailleurs, la compression de l'air de suralimentation élève sa température et est néfaste au plein rendement et de la tenue mécanique des organes.
A heat engine degrades around 33% of its power in the form of calories which are dissipated in the water, oil, exhaust and air in the engine compartment
Furthermore, the compression of the charge air raises its temperature and is detrimental to full performance and the mechanical strength of the organs.

Nous pronosons donc d'utiliser ces calories perdus pour faire marcher une "machine à vapeur" ayant le moteur pour source chaude" un condensateur pour source froide" et une turbine à 2 ou 3 roues en guise de "machine a vapeur" - La première des "roues" est le "moteur" elle utilise la détente du fluide entre les 2 sources. La deuxième est un petit compresseur de gavage qu ramène le fluide condensé vers la source chaude en le comprimant; enfin la troisième est le compresseur qu coprie la charge d'air frais pour le moteur thermique. We therefore pronounce to use these lost calories to operate a "steam engine" having the engine for hot source "a condenser for cold source" and a turbine with 2 or 3 wheels as "steam engine" - The first "wheels" is the "motor" it uses the expansion of the fluid between the 2 sources. The second is a small booster compressor which brings the condensed fluid back to the hot source by compressing it; finally the third is the compressor which takes over the charge of fresh air for the heat engine.

R?:ARQUE : La roue n 2 peut éventuellement être supprimée et remplacée par une pope annexe. On a donc, en fait, fabriqué un "Turbo compresseur" fonctionnant sur le circuit de refroidissement au lieu de fonctionner sur l'échappement
AVANTAGES : Pas de perte de puissance å 'échappement et pas de problème de temps de réponse car l'inertie thernique du bloc moteur et du fluide réfrigérent.'intègrent" les variations de régime du moteur.
R?: ARQUE: The wheel n 2 can possibly be removed and replaced by an annex pope. So we actually made a "Turbo compressor" operating on the cooling circuit instead of operating on the exhaust
ADVANTAGES: No loss of exhaust power and no problem of response time because the thermal inertia of the engine block and the coolant.'incorporate "engine speed variations.

Le fluide de refroidissement est un fluide frigorifique ou un calloporteur classique. The cooling fluid is a refrigerating fluid or a conventional heat carrier.

REMARQUE : T'avantage de cette technique est que l'on peut éventuelle.ent, mettre en série une fonction "pompe à chaleur" en rajoutant un second radiateur de refroidissement. Après une roue n02 spéciale, b très fort taux de compression, on dispose alors, après détente partielle à travers.un ajustage ou une quatrième roue de l'arbre 4e la turbo pompe, d'une source très basse température pour la climatisation interne de l'habitacle et pour le refroidissement des gaz d'admission après compression.NOTE: The advantage of this technique is that you can optionally put a "heat pump" function in series by adding a second cooling radiator. After a special wheel n02, b very high compression ratio, there is then, after partial expansion through an adjustment or a fourth wheel of the shaft 4th of the turbo pump, a very low temperature source for the internal air conditioning of the passenger compartment and for cooling the intake gases after compression.

Ré ARQUE : Cette fonction optionelle pompe à chaleur peut utiliser un fluide différent et un circuit séparé n'ayant en commun avec la fonction turbo compresseur que l'arbre d'en trainement.  NOTICE: This optional heat pump function can use a different fluid and a separate circuit having in common with the turbo compressor function only the drive shaft.

Dans le cas où l'option pompe à chaleur n'existe pas il est bien évident que l'on peut refroidir les gaz d'admission en utilisant le fluide caloporteur de la machine à vapeur qui vient juste de passer par la roue de gavage n02
Le fluide passe ensuite dans le bloc moteur et l'on peut ensuite envisager de le surchauffer en le faisant passer dans une double enveloppe qui chemise le tube d'échappement, et, éventuellement le premier silencieux ou le pot catalytique.
In the case where the heat pump option does not exist, it is obvious that we can cool the intake gases by using the heat transfer fluid of the steam engine which has just passed through the booster wheel n02
The fluid then passes into the engine block and it can then be envisaged to overheat it by passing it through a double jacket which lines the exhaust tube, and possibly the first silencer or the catalytic converter.

AVANTAGE DE CE DISPOSITIF
Tout les traitements de fluide faisant appel à un pompage ou à une détente récupératrice d'énergie se font sur un arbre unique à haut régime de rotation et à vitesse quasi constante au cours, par exemple, d'un cycle Europe - Dans ces conditions au bon rendement thermodynamique et mécanique de 12 turbo porpe (pas d'engrenage) instantané s'ajoute un "rendement temporel" avantageux correspondant à l'absence de variation de rétu-e et donc de perte énergie cynétique et de cavitation ou d'inadaptation de " aérodynamique interne de la machine pendant des phases transitoires.
ADVANTAGE OF THIS DEVICE
All fluid treatments using pumping or energy recovery expansion are done on a single shaft at high rotational speed and at almost constant speed during, for example, a Europe cycle - Under these conditions at good thermodynamic and mechanical efficiency of 12 instant turbo porp (no gear) is added an advantageous "temporal efficiency" corresponding to the absence of variation of retu-e and therefore of loss of cynetic energy and of cavitation or of adaptation of "internal aerodynamics of the machine during transient phases.

INCCNVENIENTS : Le moteur ne donne toute s puissance qu'après etre monté en température (mais est-ce vraiment un inconvénient ? ). DISADVANTAGES: The engine does not give full power until it has warmed up (but is this really a disadvantage?).

AVANTAGE : On peut imaginer d'utiliser du fluide haute pression issu de la roue n02 pour gonfler un accumulateur pneumatique - ce liquide pressurisé-peut alors permettre d'entrainer un petit moteur hydraulique pour assurer le démarrage du moteur thermique - On peut même imaginer d'utiliser ce dispositif pour faire du "stop and go" - c'est-8-dire qu'à tout arrêt complet de la voiture le moteur se coupe automatiquement et les calories restantes sont utilisées pour-gonfler l'accumulateur pneumatique d'admission. Lorsque le pilote accélère pour repartir le moteur hydraulique relance alors le moteur thermique.On a ainsi économisé la consommation de ralentis. Rh.ARQUE : Il est possible soit en utilisant le fluide de refroidissement issu de la roue n02 soit en utilisant un autre fluide pompé par une roue auxiliaire située sur le même arbre de gonfler un accumulateur oléopneumatique qui alimente ensuite tous les accessoires du véhicule : démar- reur, direction assistée, servo moteur, suspension hydraulique ou correcteur d'assiette.ADVANTAGE: One can imagine using high pressure fluid from wheel n02 to inflate a pneumatic accumulator - this pressurized liquid - can then be used to drive a small hydraulic motor to ensure the starting of the heat engine - One can even imagine d use this device to "stop and go" - that is to say, at every complete stop of the car the engine cuts off automatically and the remaining calories are used to inflate the pneumatic intake accumulator . When the pilot accelerates to restart the hydraulic motor, then restarts the heat engine, saving fuel consumption. Rh.ARQUE: It is possible either by using the coolant from the wheel n02 or by using another fluid pumped by an auxiliary wheel located on the same shaft to inflate an oleopneumatic accumulator which then supplies all the accessories of the vehicle: - ror, power steering, servo motor, hydraulic suspension or attitude correction.

RStARQUE : Toujours avec le même principe, on peut envisager drutillser, non pas une turbo pompe, mais, tout autre type de machine à vapeur et de pompe; gar exemple : le moteur et la pompe ou l'un des deux seulement peuvent être à piston, à engrenage, à ailettes, à membrane etc... RStARQUE: Always with the same principle, we can consider drutillser, not a turbo pump, but, any other type of steam engine and pump; for example: the motor and the pump or one of only two can be piston, gear, fin, diaphragm, etc.

REMARQUE : Tous les accessoires du moteur thermique tel l'alternateur et les pompes de circulation de fluide peuvent être attelés à l'arbre du turbo-compresseur. NOTE: All of the engine accessories such as the alternator and the fluid circulation pumps can be coupled to the turbo-compressor shaft.

Claims (1)

REVENDICATIONS (I) - Dispositif de suralimentation de moteur thermique permettant de fournir une charge d'air comprimée à l'admissinon sans retard à l'accélération; ce dispositif effectue ce travail sans prélever de la puissance sur l'arbre moteur et sans créer une contre pression à l'échappement. Il est caractérisé par l'usage d'une machine à vapeur qui utilise comme source froide un condenseur et, comne source chaude le moteur thermique, cette machine entratne un compresseur de suralimentation et des accessoires.(I) - A thermal engine supercharging device making it possible to supply a charge of compressed air to the intake without delay to acceleration; this device performs this work without taking power from the motor shaft and without creating an exhaust back pressure. It is characterized by the use of a steam engine which uses a condenser as a cold source and, as a heat source the heat engine, this machine drives a supercharging compressor and accessories. (2) - Dispositif de climatisation et de l'osbstacle et de réfrigération de la charge d'air destiné à l'admission utilisé en combinaison avec le Dispositif de la revendication (I) caractérisé par une pompe à chaleur qui est entratnée par l'arbre de la machine à vapeur.(2) - Device for air conditioning and the osbstacle and refrigeration of the air charge for the intake used in combination with the device of claim (I) characterized by a heat pump which is driven by the steam engine shaft. (3) - Machine à vapeur selon la revendication (I) caractérisée par le fait que la machine à vapeur est une turbo pompe.(3) - Steam engine according to claim (I) characterized in that the steam engine is a turbo pump. (4) - Machine à vapeur selon la revendication (I) caracté- risée par le fait que la machine à vapeur est un moteur à pistons.(4) - Steam engine according to claim (I) characterized in that the steam engine is a piston engine. (5) - Machine à vapeur selon la revendication (I) caractérisée par le fait que la machine à vapeur est un moteur à palettes.(5) - Steam engine according to claim (I) characterized in that the steam engine is a vane engine. (6) - Tachine à vapeur selon la revendication (I)aracté- risée par le fait que la machine à vapeur est un mateur à membrane (7) - Machine à vapeur selon la revendication (I) caractérisée par le fait que la machine à vapeur est un moteur à engrenage. (6) - Steam engine according to claim (I) characterized by the fact that the steam engine is a membrane drier (7) - Steam engine according to claim (I) characterized in that the steam engine steam is a gear motor.
FR8204151A 1982-03-10 1982-03-10 Heat engine pressure charge - uses steam engine to drive compressor using condenser as cold source Withdrawn FR2523212A1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1999349A4 (en) * 2006-03-24 2011-08-31 Scuderi Group Llc System and method for split-cycle engine waste heat recovery

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