EP0050665A1 - Procede et chambre de combustion de synthese a turbulence variable - Google Patents
Procede et chambre de combustion de synthese a turbulence variableInfo
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- EP0050665A1 EP0050665A1 EP81901338A EP81901338A EP0050665A1 EP 0050665 A1 EP0050665 A1 EP 0050665A1 EP 81901338 A EP81901338 A EP 81901338A EP 81901338 A EP81901338 A EP 81901338A EP 0050665 A1 EP0050665 A1 EP 0050665A1
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- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Definitions
- the invention relates to a process and a combustion chamber with variable turbulence used in high speed engines.
- 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.
- 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.
- 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.
- FIGS. 1 ... 7 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:
- 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.
- the synthetic combustion process 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
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Abstract
Le procede de combustion de synthese, conformement a la presente invention se caracterise afin de realiser une consommation reduite de combustible et la croissance de la flexibilite des moteurs a allumage par compression tant en ce qui concerne la gamme de tours et de charge qu'en ce qui concerne la gamme de dimensionnement assure l'organisation integrale en volume de la circulation de fluide dans la chambre de combustion, par la separation seulement temporaire de l'espace de la chambre a tourbillons, du compartiment de la chambre de combustion situee au-dessus du piston, seulement pendant la periode de fin de compression, pendant le reste du cycle, la chambre de combustion representant un tout unitaire, le processus de combustion dans son ensemble constituant une synthese entre les procedes de combustion a chambre unitaire et chambre divisee, l'accroissement de la turbulence etant obtenu comme resultat de la somme vectoriale des trois tourbillons au moins, tourbillons a circulation tridimensionnelle, aussi par la mise en valeur de l'effet de seuil (squish) cree par le piston qui accentue l'effet de transvasement du fluide. La chambre de combustion a deux enceintes qui sont separes par un profil spatial qui penetre dans le canal de separation, profil defini par trois surfaces de direction au moins qui produisent des tourbillons a circulation tridimensionnelle et se constitue en tant que seuil mobile de freinage de l'enceinte de tourbillonnement, en concentrant le melange riche qui brule dans la zone du canal de transvasement, la circulation du fluide dans l'enceinte de tourbillonnement etant ainsi determinee, pour rencontrer le jet de combustible en equicourant et pour deplacer une partie du combustible sur la tete incandescente d'une bougie.
Description
Procédé et chambre de combustion de synthèse a turbulence variable.
DOMAINS TECHNIQUE
L'invention se réfère à un procédé et à une chambre de combustion à turbulence variable utilisés aux moteurs de grande vitesse.
TECHNIQUE ANTERIEURE
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.
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.
EXPOSÉ DE L'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.
AVANTAGES
Le prooédé et la chambre de combustion de synthèse présentent les avantages suivantes :
- assurent une consommation réduite de combustible, comparable à cette des chambres de combustion unitaires;
- 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;
- permettant l'extension de l'utilisation des chambres de turbulence aussi aux moteurs suralimentés.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS
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 :
- fig. 1 - section axiale par une chambre de combustion de synthèse conformément à l'invention.
- fig. 2 - vue d'en haut du profil du piston.
- fig. 3 - section transversale, conformément au plan I-I de la fig. 1.
- fig. 4 -vue d'en haut du profil du piston représenté dans la 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. 6 - idem dans la deuxième variante constructive.
- fig. 7 - idem dans la troisième variante constructive.
MEILLEURE MANIERE DE REALISER L'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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
POSIBILITE D'EXPLOITATION INDUSTRIELLE
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.
Claims
1. Procédé de combustion aux moteurs avec des chambres divisées avec injection mono et multijet et allumage par compression, caractérisé par le fait que, afin de réaliser une consommation réduite de combustible et la croissance de la fie. bilité des moteurs à allumage par compression tant en ce qui concerne la gamme de tours qu'en oe qui concerne la gamme de dimensionnement, assure une organisation intégrale en volume de la circulation du fluide dans la chambre de combustion, l'espace de l'enceinte de turbulence est séparé temporairement, du compartiment de la chambre de combustion d'au au-dessus du piston, seulement pendant la période d'injection, de la formation du mélange et de la combustion, et précisément dans la phase finale de la compression, pendant le reste du cycle la chambre de combustion constituant un tout unitaire, le processus de combustion dans son ensemble constituant une synthèse entre les procédées de combustion avec des chambre unitaires et chambres divisées, l'intensification de la turbulence étant obtenue comme résultat de la somme vectoriale des trois tourbillons au moins, tourbillons à circulation tridimensionnelle, aussi par la mise en valeur de l'effet de seuil(squish)crée par le piston qui accentue l'effet de transvasement du fluide entre les deux enceintes de la chambre de combustion.
2. La chambre de combustion divisée, dans laquelle se réalise le procédé de combustion conformément à la revendication 1 (procédé de synthèse) caractérisée par le fait qu'afin d'organiser une circulation intégrale du fluide dans la chambre de combustion utilise la séparation temporaire d'une enceinte (a) d'une autre enceinte (b), qui se fait à l'aide d'un piston (2) qui présente un profil spatial (e), qui dans la phase finale de compression pénétre dans un canal (c) séparant ainsi les deux enceintes (a) et (b), le profil (e) étant un corps défini par trois surfaces de divisions au moins, dont une est inclinée avec un angle (f°) et les deux autres sont assises d'une manière symétrique, formant entre elles un angle (g), profil qui produit des tourbillons à circulation tridimensionnelle, qui renferme tout le volume de la chambre de combustion.
3. La chambre de combustion de synthèse, conformément à la revendication 2, caractérisée par le fait qu'afin d'augmenter l'efficience du phénomène de freinage du tourbillon et de localiser le mélange riche dans la zone centrale du canal de traversée, un profil (e) situé sur la tète du piston (2) se constitue en tant que seuil mobile de freinage d'une enceinte (a) de tourbillonement.
4. La chambre de combustion de synthèse, conformément aux revendications 2 et 3; caractérisée par le fait qu' afin de réaliser une meilleure intégration du jet de conbustible dans le fluide organisé - l'enceinte (a) de tourbillonement est de forme cylindrique-sphérique et constitue en même temps une chambre de pré-combustion (prechambre), une chambre de tourbillonement et une chambre d'injection directe, le rapport de division de la chambre de combustion de synthèse tendant vers 100% (en faveur de la chambre située d'en la culasse).
5. La chambre de combustion de synthèse, conformément aux revendications 2 et 3, caractérisée par le fait qu'afin de diminuer la durité du processus de combustion diessel, par la réduction du retard à l'auto-allumage, le profil (e) situé sur la tète du piston (2) est ainsi déterminé que la circulation du fluide par le canal (c) puisse parcourir l'enceinte de turbulence (a) ainsi qu'il puisse rencontrer d' abord le jet de oombustible d'un inj eoteur (4) qu'il entraine en équicourant en déplaçant une partie du combustible injecté sur la tête incandescente d'une bougie (5) en facilitant ainsi l'accomplissement des conditions de l'allumage des plusieurs carburants.
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| RO100981 | 1980-04-27 |
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Cited By (1)
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