Procédé et chambre de combustion de synthèse a turbulence variable. Variable turbulence synthesis process and combustion chamber.
DOMAINS TECHNIQUETECHNICAL AREAS
L'invention se réfère à un procédé et à une chambre de combustion à turbulence variable utilisés aux moteurs de grande vitesse.The invention relates to a process and a combustion chamber with variable turbulence used in high speed engines.
TECHNIQUE ANTERIEUREPRIOR ART
On connaît le procédé et la chambre de combustion type Ricardo, qui réalisent la possibilité de fonctionnement à
grande vitesse, par l'utilisation d'une chambre divisée, à circulation, organisée de manière tourbillonnaire, la section de liaison entre la chambre de pré-combustion et la chambre principale étant constante pendant toute la durée du cycle, avec une valeur optimisée d'ordre 1% de la surface active du piston. Ce procède et cette chambre présentent le désavantage, d'une part, qu'au transvasement du fluide moteur dans les deux sens par la section étranglée, conduit à de grandes pertes gazodynamiques, ce qui se matérialise par des consommations spécifiques de combustible relativement élevées, et d'autre part, nºassure qu'une organisation partielle de la circulation du fluide dans la cham bre divisée, en restant des zones centrales et périphériques nonorganisées.We know the Ricardo type process and combustion chamber, which realize the possibility of operation at high speed, by the use of a divided, circulating chamber, organized in a vortex, the connecting section between the pre-combustion chamber and the main chamber being constant throughout the cycle, with an optimized value d order 1% of the active surface of the piston. This process and this chamber have the disadvantage, on the one hand, that the transfer of the working fluid in both directions by the throttled section, leads to large gasodynamic losses, which materializes by relatively high specific fuel consumption, and on the other hand, it ensures only a partial organization of the circulation of the fluid in the divided chamber, while remaining unorganized central and peripheral zones.
On connaît aussi le procédé et la chambre de combustion unitaire, auxquels l'inexistence des étranglements dans la voie du fluide moteur assure une consommation relativement réduite de combustible, mais présente le désavantage qu'ils ne peuvent fonctionner à grandes vitesses, à la suite d'un niveau réduit d'organisation de la turbulence.The method and the unitary combustion chamber are also known, in which the absence of throttles in the path of the working fluid ensures a relatively reduced consumption of fuel, but has the disadvantage that they cannot operate at high speeds, following d '' a reduced level of organization of turbulence.
EXPOSÉ DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION
Le procédé et la chambre de combustion de synthèse, conformément à la présente invention, écartent les désavantages présentés en haut, par le fait que, afin de réaliser une consommation réduite de combustible et une croissance de la flexibilité des moteurs à allumage par compression tant en ce qui concerne la gamme de tours et/or charge, qu'en ce qui concerne la gamme dimensionnelle, assure l'organisation intégrale en volume de la circulation de fluide dans la chambre de combustion par la séparation seulement temporaire de l'espace de la chambre à tour.
billons du compartiment de la chambre de combustion, situé audessus du piston, seulement dans la période de fin de compression, au reste du cycle, la chambre formant un tout unitaire, le processus de combustion dans son ensemble constituant une synthèse entre le procédé à chambre unitaire et le procédé à chambre divisée, le renforcement de la turbulence étant obtenu comme résultat de la somme vectoriale de trois tourbillons au moins, tourbillons à circulation tridimensionnelle et aussi par la mise en valeur de l'effet de seuil (squish) créé par le piston, qui accentue l'effet de transvasement du fluide entre le un deux enceintes qui sont séparées par profil spatial qui pénètre dans le canal de séparation, profil défini par trois surface de direction au moins, qui produisent des tourbillons à circulation tridimensionelle et se constitue en tant que seuil mobile de freinage de l'enceinte de tourbillonnement, en ooncentrant le mélange riche qui brûle dans la zone du canal de transvasement, la circulation du fluide dans l'enceinte de tourbillonnement étant ainsi déterminée, pour rencontrer le jet de combustible en équioourant et pour déplacer une partie du combustible sur la tδte incandescente d'une bougie.The method and the synthetic combustion chamber, in accordance with the present invention, overcome the disadvantages presented above, in that, in order to achieve reduced fuel consumption and increased flexibility of compression-ignition engines both as regards the range of turns and / or load, as regards the dimensional range, ensures the integral organization by volume of the circulation of fluid in the combustion chamber by the only temporary separation of the space from the tower room. ridges of the combustion chamber compartment, located above the piston, only in the compression end period, during the rest of the cycle, the chamber forming a unitary whole, the combustion process as a whole constituting a synthesis between the chamber process unitary and the divided chamber method, the reinforcement of the turbulence being obtained as a result of the vectorial sum of at least three vortices, vortices with three-dimensional circulation and also by the enhancement of the threshold effect (squish) created by the piston, which accentuates the effect of transfer of the fluid between the one two enclosures which are separated by spatial profile which penetrates into the separation channel, profile defined by at least three steering surfaces, which produce vortices with three-dimensional circulation and constitute as a mobile braking threshold of the vortex enclosure, by concentrating the rich mixture which burns in the zone d u transfer channel, the circulation of the fluid in the swirling enclosure being thus determined, in order to meet the jet of fuel by equi-current and to move part of the fuel over the incandescent head of a candle.
AVANTAGESBENEFITS
Le prooédé et la chambre de combustion de synthèse présentent les avantages suivantes :The process and the synthetic combustion chamber have the following advantages:
- assurent une consommation réduite de combustible, comparable à cette des chambres de combustion unitaires;- ensure reduced fuel consumption, comparable to that of the unit combustion chambers;
- permettent une flexibilité du moteur tant en ce qui concerne le domaine de tours, qu'en ce qui concerne le degré de chargement.
- assurent l'extension de la mise en pratique des chambres de turbulence à des gammes dimensionnelles non- limitatives de moteurs;- allow flexibility of the engine both with regard to the range of revolutions and with regard to the degree of loading. - ensure the extension of the application of the turbulence chambers to non-limiting dimensional ranges of engines;
- permettant l'extension de l'utilisation des chambres de turbulence aussi aux moteurs suralimentés.- allowing the extension of the use of turbulence chambers also to supercharged engines.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINSSUMMARY DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
On donne trois exemples de réalisation des chambres de combustion qui appliquent le procédé conformément à la présente invention, en relation avec les figures 1...7, qui représentent :Three examples of embodiments of the combustion chambers which apply the method according to the present invention are given, in relation to FIGS. 1 ... 7, which represent:
- fig. 1 - section axiale par une chambre de combustion de synthèse conformément à l'invention.- fig. 1 - axial section through a synthetic combustion chamber in accordance with the invention.
- fig. 2 - vue d'en haut du profil du piston.- fig. 2 - top view of the piston profile.
- fig. 3 - section transversale, conformément au plan I-I de la fig. 1.- fig. 3 - cross section, in accordance with plane I-I of fig. 1.
- fig. 4 -vue d'en haut du profil du piston représenté dans la fig. 3.- fig. 4 -view from above of the piston profile shown in fig. 3.
- fig. 5 - section par un moteur, dans la zone de la chambre de synthèse, conformément à l'invention, réalisée dans une première variante constructive.- fig. 5 - section by a motor, in the area of the synthesis chamber, in accordance with the invention, produced in a first constructive variant.
- fig. 6 - idem dans la deuxième variante constructive.- fig. 6 - ditto in the second constructive variant.
- fig. 7 - idem dans la troisième variante constructive.- fig. 7 - ditto in the third constructive variant.
MEILLEURE MANIERE DE REALISER L'INVENTIONBEST WAY TO IMPLEMENT THE INVENTION
Le procédé de combustion de synthèse, conformément à la présente invention consiste dans le fait que l'espace de la
±hambre de turbulence est séparé du compartiment de la chambre de combustion situé au-dessus du piston, seulement dans la période d'injection, de formation du melange et de combustion, à savoir dans la phase finale de compression, au reste du cycle la chambre de combustion formant un tout unitaire, de cette manière est assurée une réduction des pertes gazodinamiques et aussi une organisation intégrale de la circulation à la suite de la somme vectoriale de trois tourbillons au moins, tourbillons à circulation tridimensionnelle.The process of synthetic combustion, in accordance with the present invention consists in the fact that the space of the ± turbulence chamber is separated from the combustion chamber compartment located above the piston, only during the period of injection, mixture formation and combustion, i.e. in the final compression phase, during the rest of the cycle combustion chamber forming a unitary whole, in this way a reduction in gas losses is ensured and also an integral organization of the circulation following the vector sum of at least three vortices, vortices with three-dimensional circulation.
Le prooédé de combustion de synthèse, conformément à la présente invention, conduit au renforcement de la turbulence et par la mise en valeur de l'effet de seuil(squish)qui accentue l'effet de transvasement, dont les maximums sont situées à différents angles-dans l'évolution du cycle - le premier que apparait étant le maximum de traversée.The synthetic combustion process, in accordance with the present invention, leads to the reinforcement of turbulence and by the enhancement of the threshold effect (squish) which accentuates the transfer effect, the maximums of which are situated at different angles -in the evolution of the cycle - the first that appears is the maximum crossing.
La chambre de combustion, conformément à la présente invention, est formée d'une enceinte a qui constitue l'espace divisé situé dans une culasse 1 et une enceinte b, située dans un piston 2, qui constitue le deuxième espace de la ohambre de combustion. Les deux espaces de combustion a et b sont liés entre eux par un canal c constitué entre une surface intérieure d et une insertion réfractaire 3 et un profil adiquat e, solidair avec le piston 2, le canal c a une section variable seulement à le fin de la compression et au commencement de la faze de détente pendant une période d'environ ± 15° - 20° RA à la proximité du PMI. La section maximale du canal c est établie de manière que la retraite du piston 2, unifie les espaces a et b oe qui oonduit à la réalisation d'une chambre presque unitaire.The combustion chamber, in accordance with the present invention, is formed by an enclosure a which constitutes the divided space located in a cylinder head 1 and an enclosure b, located in a piston 2, which constitutes the second space of the combustion chamber . The two combustion spaces a and b are linked together by a channel c formed between an inner surface d and a refractory insert 3 and an appropriate profile, integral with the piston 2, the channel ca a variable section only at the end of compression and at the beginning of the expansion faze for a period of approximately ± 15 ° - 20 ° RA near the PMI. The maximum section of the channel c is established so that the retreat of the piston 2 unifies the spaces a and b oe which leads to the creation of an almost unitary chamber.
Le profil spatial e du piston 2 est défini par deux inclinations f et g, qui constituent en même temps les direc
tions principales de l'organisation de la circulation du fluide au passage dans et de l'enceinte a dans l'enceinte b.The spatial profile e of the piston 2 is defined by two inclinations f and g, which at the same time constitute the direc main tions of the organization of the circulation of the fluid in the passage in and of the enclosure a in the enclosure b.
Les deux inclinations f et g assurent la formation des tourbillons h, des tourbillons simetriques - toriques - i qui s'additionnent vactorial et produissent une circulation tridimensionelle intégralement organisée dans le volume tout entier de la chambre de combustion. Aasurend une circulation intégralement organisée dans le volume tout entier de la chambre, permet l'utilisation des injecteurs 4 à un, ou à plusieurs orifices d'injection dont les jets sont directement liés avec la circulation de l'air dans la chambre de combustion.The two inclinations f and g ensure the formation of vortices h, simmetric vortices - toric - i which add vactorial and produce a three-dimensional circulation fully organized in the entire volume of the combustion chamber. Aasurend a circulation fully organized in the entire volume of the chamber, allows the use of injectors 4 to one, or to several injection orifices whose jets are directly linked with the circulation of air in the combustion chamber.
La possibilité d'utiliser les injecteurs à plusieurs orifices permet l'application du procédé et des solutions constructives, conformément à la présente invention aussi pour les moteurs de grandes dimensions.The possibility of using injectors with several orifices allows the application of the method and of constructive solutions, in accordance with the present invention also for engines of large dimensions.
La chambre de combustion de synthèse constituée d'une enceinte a divisée temporainement et d'une enceinte b, peut être réalisée en diverses variantes constructives, tant en ce qui concerne la forme de l'enceinte a et celle de l'enceinte b, qu'en ce qui concerne le rapport de compartimentâtion entre les deux enceintes.The synthetic combustion chamber consisting of an enclosure a temporally divided and an enclosure b, can be produced in various constructive variants, both with regard to the shape of the enclosure a and that of the enclosure b, which 'with regard to the compartmentalisation ratio between the two enclosures.
Dans une première variante, représentée dans la figure 5, l'espace divisé a a une forme sphéro-conique et le degré de compartimentation est d'environ 50% et la circulation de l'air dans la faze finale de compression rencontre premièrement une boygie d'allumage 5 et puis pénétre dans la zone d'injection, en antrenant le jet de combustible en équicourant.In a first variant, represented in FIG. 5, the divided space has a sphero-conical shape and the degree of compartmentalization is approximately 50% and the circulation of air in the final compression faze first meets a boygie d ignition 5 and then enters the injection zone, antering the jet of fuel by equicurrent.
Dans la deuxième variante constructive, conformément à la figure 6, l'enceinte de tourbillonement a a une forme cilindro-sphérique, ce qui permet une meilleure intégration du jet de
combustible dans le fluide organisé et un rapport de division qui tend vers 100% dont la réalisation est facilité aussi par les pertes gazo-dinamiques très réduites, spécifiques pour les chambres de synthèse conformément à l'invention.In the second constructive variant, in accordance with FIG. 6, the vortex enclosure has a cylindrical-spherical shape, which allows better integration of the jet of fuel in the organized fluid and a division ratio which tends towards 100%, the realization of which is also facilitated by the very low gas-dinamic losses, specific for the synthesis chambers in accordance with the invention.
La circulation de l'air dans la faze finale de compression rencontre premièrement une bongie d'allumage et puis pénètre dans la zone d'injection, en entraînant le jet de combustible en équicourant.The air circulation in the final compression faze first encounters an ignition rod and then enters the injection zone, entraining the jet of fuel by equicurrent.
Dans une troisième variante constructive, représentée dans la figure 7, le courant de fluide parcourt l'incinte a de la chambre de combustion, en rencontrant premièrement le jet de combustible qu'il entraîne en équicourant et dépose une partie du combustible injecté sur la tête incandescente de la bougie 5.In a third constructive variant, represented in FIG. 7, the flow of fluid flows through the enclosure a of the combustion chamber, firstly meeting the jet of fuel which it entails by equicurrent and deposits part of the fuel injected on the head glowing candle 5.
On réalise, de cette manière, une réduction du retardement de l'auto - allumage en réduisant ainsi la durité du fonctionnement des moteurs Diesel et facilitant ainsi l'accomplissement des conditions de la combustion des plusieurs combustibles.In this way, a reduction in the self-ignition delay is achieved, thereby reducing the operating life of the diesel engines and thus facilitating the fulfillment of the conditions for the combustion of several fuels.
POSIBILITE D'EXPLOITATION INDUSTRIELLEPOSSIBILITY OF INDUSTRIAL OPERATION
La chambre de combustion de synthèse, conformément à la présente invention sans tenant compte des variantes constructives ci-dessous mentionnées, et qui ne sont pas limitatives, tout variante on combinaison faisant parties de la présente invention, peut être appliquée aux moteurs à vitesse, lente ou rapide, à admission noirinale ou forcée, la condition d'avoir un avans à l'injection n'étant pas un élément limitativ.
The synthetic combustion chamber, in accordance with the present invention without taking account of the constructive variants mentioned below, and which are not limiting, any variant or combination forming part of the present invention, can be applied to engines with slow speed or rapid, with black or forced admission, the condition of having an advance to the injection is not a limiting element.