EP2118464A2 - Moteur alternatif à rétention de gaz brûlés - Google Patents

Moteur alternatif à rétention de gaz brûlés

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Publication number
EP2118464A2
EP2118464A2 EP08761850A EP08761850A EP2118464A2 EP 2118464 A2 EP2118464 A2 EP 2118464A2 EP 08761850 A EP08761850 A EP 08761850A EP 08761850 A EP08761850 A EP 08761850A EP 2118464 A2 EP2118464 A2 EP 2118464A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion chamber
cylinder
fresh charge
engine
ignition
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08761850A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean Frédéric Melchior
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Melchior Technologie SNC
Original Assignee
Melchior Technologie SNC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Melchior Technologie SNC filed Critical Melchior Technologie SNC
Publication of EP2118464A2 publication Critical patent/EP2118464A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/02—Engines characterised by precombustion chambers the chamber being periodically isolated from its cylinder
    • F02B19/04—Engines characterised by precombustion chambers the chamber being periodically isolated from its cylinder the isolation being effected by a protuberance on piston or cylinder head
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/02—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using unidirectional scavenging
    • F02B25/04—Engines having ports both in cylinder head and in cylinder wall near bottom of piston stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/20—Means for reducing the mixing of charge and combustion residues or for preventing escape of fresh charge through outlet ports not provided for in, or of interest apart from, subgroups F02B25/02 - F02B25/18
    • F02B25/22—Means for reducing the mixing of charge and combustion residues or for preventing escape of fresh charge through outlet ports not provided for in, or of interest apart from, subgroups F02B25/02 - F02B25/18 by forming air cushion between charge and combustion residues
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine of the reciprocating piston type for a motor vehicle, which holds in the cylinders, at each cycle, a mass of burnt gases from the preceding cycle to activate the combustion, and processes for supplying the engine with fuel. in such a way that combustion does not produce pollutants.
  • the four-stroke engines of the spark ignition type or the diesel type of the prior art have the following drawbacks: Spark ignition engines fed with a homogeneous gas mixture have a poor efficiency because of the combustion mode of the mixture which feeds them. , this combustion being stoichiometric metric and triggered by an electric ignition.
  • a spark initiates a flame front which passes through the combustible charge and propagates by thermal diffusion, the richness of the mixture being close to 1 (stoichiometric ratio) so that the temperature of the flame front is high and the propagation of the flame is fast enough, and to allow a three-way catalysis of the exhaust gas.
  • the compression ratio should be less than 10 to prevent self-ignition of the compression mixture, commonly known as knock.
  • the object of the present invention is to avoid these drawbacks of the prior art by virtue of the presence in the combustion chamber of a charge of retained flue gas, separated from a fresh charge of clean air or of carbureted air.
  • an internal combustion engine comprising at least one cylinder provided with intake and exhaust ports, a piston displaceable in reciprocating movement in the cylinder, a combustion chamber communicating via an orifice with the cylinder, intake means in the cylinder of a fresh charge formed of a homogeneous mixture of air and gaseous fuel, and exhaust control means which hold in the combustion chamber and in the cylinder a certain amount of burnt gas, characterized in that the cylinder contains, at the beginning of the compression, a set of gases comprising a volume of burnt gases and a fresh charge volume which are separated from each other by an intermediate volume of a mixture of burnt gas and fresh charge and which are successively discharged into the combustion chamber, first the burnt gases, then the intermediate volume of mixing, then the fresh charge, in that the effective compression ratio is insufficient to cause at the end of compression a self-ignition in the fresh charge and is sufficient to cause ignition from a hot point in the intermediate volume of mixture of burnt gas and fresh charge which has been discharged into the combustion chamber, the engine
  • the burnt gases discharged into the combustion chamber during the compression of the fresh feed which raise the temperature of the reaction zone and make it possible to initiate the combustion of the fresh feedstock in its border zone with the feedstocks. burned gas and then develop it at the rate of introduction of the fresh charge into the combustion chamber.
  • This combustion which develops as the piston finishes compressing the fresh charge in the combustion chamber and remains confined to the combustion chamber, is gradual and silent.
  • the richness of the fresh charge admitted into the cylinder is determined not to generate nitrogen oxides in the combustion chamber. It is therefore chosen at a low value, typically less than 0.6 in the case of gasoline, which guarantees a lack of production of nitrogen oxides.
  • the intensity of combustion is higher in the engine according to the invention than in a flame front due to the fact that a fresh charge quantity which enters the reaction zone is violently mixed with a much larger amount of gas. hot to develop a very thick premix flame.
  • the triggering of combustion in this environment favorable to chemical kinetics originates in a hot spot of the chamber that can result from spontaneous local self-ignition, electric spark or the injection of a liquid fuel mist into the recycled hot gases.
  • the combustion chamber is a cavity arranged in the cylinder head of the engine and the piston comprises, at its end facing this cavity, a projection intended to penetrate into the engine. this cavity at the end of compression.
  • the combustion chamber is a cavity formed in the end face of the piston and the cylinder head comprises, on its surface facing this cavity, a projection intended to penetrate into the cavity at the end. compression.
  • the projection delimits with the orifice of the combustion chamber an annular conduit of reduced section in which the flow of gas pushed by the piston towards the combustion chamber is accelerated.
  • the speed of the fresh charge in this duct is greater than the flame propagation velocity in this duct, which prevents a flame back in the cylinder.
  • the small radial width of the annular duct can block the propagation of the flame by the phenomenon of jamming ("quenching").
  • the engine also includes a spark plug, preferably of the spark type, which emerges in the combustion chamber.
  • This spark plug can also be used to create the hot spot that triggers the ignition of the burnt gas mixture volume and fresh charge introduced into the combustion chamber, each cycle of operation of the engine.
  • the hot spot can be created by self-ignition by compression in the intermediate volume of flue gases and fresh filler or by the direct injection of a liquid fuel mist into the flue gases.
  • the invention also proposes a method of combustion of a homogeneous gaseous mixture in an engine comprising at least one cylinder provided with intake and exhaust ports, a piston displaceable in reciprocating motion in the cylinder, and a combustion chamber. communicating via an orifice with the cylinder, characterized in that it consists of:
  • this method consists in controlling the auto-ignition in the combustion chamber via the effective compression ratio by adjusting the crankshaft angle where the valves close the cylinder.
  • Self-ignition is also controllable by the mass of burnt gases that are retained in the cylinder, or by the richness of the fresh charge admitted into the cylinder.
  • the ignition can also be triggered by an electric spark.
  • the invention is particularly applicable to two-stroke cycle engines, in which the retention of a portion of the burned gases in the cylinder is done naturally.
  • two-stroke cycle engines provide a low-compression, high-expansion asymmetric cycle by scanning the cylinders during the first portions of the compression strokes.
  • intake valves When the engine is equipped with intake valves, one can also play on the opening and closing angles of these valves to control the auto-ignition in the combustion chambers.
  • a combustion control method consists of regulating the section of the turbine in open loop according to the engine speed and adjusting the ignition angle by piloting. in a closed loop of the closing angle of the exhaust from the information given by an ignition detector.
  • the fuel vapor carried by the fresh feedstock admitted into the cylinder is supplemented by a quantity of liquid fuel sprayed into the burned gas mass after this mass has been forced back into the combustion chamber and before it mixes with the fresh load.
  • This direct injection controls the initiation of combustion.
  • the engine then comprises a pressurized liquid fuel injector which opens directly into the combustion chamber.
  • the liquid fuel injected directly into the combustion chamber may be slightly volatile like diesel fuel while the fuel introduced with the fresh charge must be volatile at the intake temperature.
  • the invention is well suited to dual fuel engines that burn natural gas and diesel.
  • the liquid fuel is injected into the area of the flue gas mass that is most difficult to reach by the fresh charge.
  • the combustion chamber is preferably a cavity coaxial with the cylinder and is formed in the cylinder head, and the piston comprises, on its end opposite this cavity, a projection coaxial with the cylinder and intended to penetrate into the cavity. end of combustion.
  • the exhaust port opens at the bottom of the combustion chamber and is closed by a valve coaxial with the cylinder.
  • the fuel injector is arranged inside the stem of the exhaust valve and extends coaxially with the cylinder.
  • it can be mounted in a bore of the cylinder head which is substantially perpendicular to the axis of the cylinder and which opens into the combustion chamber.
  • each cylinder comprises intake ports consisting of a ring of lights located in the cylinder immediately above the piston at its bottom dead point, these lights being inclined relative to in the radial direction.
  • This engine also comprises an external recirculation duct for injecting cooled flue gases into the fresh oxidizing charge introduced into the engine.
  • This external recirculation duct is equipped with a controlled adjustment valve so that the external recycling mass rate decreases when the engine speed increases. In addition, the closing of the exhaust valve is delayed when the engine speed increases.
  • the combustion method according to the invention which has been described above in the case of a homogeneous combustible gas mixture, can be controlled by a direct injection of liquid fuel sprayed into the combustion chamber.
  • the engine is then characterized in that the richness of the fresh feed introduced into the cylinder can be modulated, in that the effective compression ratio in the cylinder is set at a value insufficient to cause self-ignition in the fresh feed and sufficient to cause self-ignition into the mass of retained flue gases, and that a liquid fuel is injected and sprayed into that mass of burnt gases retained after it has been forced back into the combustion chamber and before it mixes with the fresh charge, which is gradually pushed back into the mass of retained carbide gases.
  • FIGS. 8 and 9 are partial schematic views in section and from below of a cylinder of a four-stroke engine according to the invention.
  • FIG. 10 to 17 illustrate a variant of the invention where a fraction of the fuel is injected into the liquid phase in the combustion chamber.
  • the engine a cylinder of which is schematically represented in axial section in FIGS. 1 to 7, is a two-cycle cycle engine which is powered by a homogeneous mixture of air and gasoline vapor via intake ports 10 formed in each cylinder 12 in the vicinity of the bottom dead center of the piston 14, these intake ports being connected to means 16 for supplying a homogeneous gas-air mixture.
  • the lights 10 are inclined on the radius of the cylinder to impose on the mixture admitted into the cylinder a rotational movement about the axis of the cylinder, this rotational movement plating the mixture on the surface of the cylinder because of its density greater than that burnt gases.
  • the upper part of the cylinder 12 is closed by a yoke 18 comprising a combustion chamber 20 which is formed by a cavity of the face of the cylinder head which is opposite the piston 14, this cavity being of revolution and centered on the axis of the piston and communicating with the cylinder through an orifice 21.
  • An exhaust channel 22 is formed in the cylinder head and opens into the combustion chamber 20, for example in the axis of the piston 14 as shown in the drawings.
  • An exhaust valve 24 controlled by means 26 in axial translation, makes it possible to open and close the outlet of the exhaust channel 22 in the combustion chamber 20.
  • a spark plug 28 screwed into the cylinder head opens into the combustion chamber 20.
  • a central projection 30 with a surface of revolution about the axis of the cylinder, whose meridian profile is intended to penetrate into the combustion chamber to define with the orifice 21 of this chamber an annular channel whose section is scalable up to at the top dead center of the piston, as shown in FIGS. 5 to 7, to compensate for the slowing down of the piston.
  • the profile of this projection is determined so that the speed of the gases in this channel is greater than the flame propagation speed in the same channel or causes the "jamming" of the flame.
  • FIG. 1 represents the end of a relaxation phase, in which the piston 14 is in the vicinity of its bottom dead center, in a position which corresponds to 150 ° of crankshaft after the top dead center of the piston, the exhaust 22 being open by the valve 24, the inlet ports 10 being closed by the piston 14 and the cylinder 12 being filled with flue gas.
  • the piston 14 is in a position corresponding to a crankshaft angle of 210 ° after the top dead center and in which it closes again the intake ports 10, the exhaust channel 22 being always kept open by the exhaust valve 24. In this position, the scavenging of the gases burned by the fresh charge ends, the emptying of the burned gases continuing under the action of the upward movement of the piston.
  • the exhaust valve 24 closes the exhaust channel 22 and retains a mass of burnt gas 34 in the combustion chamber.
  • the fresh charge 36 occupies an annular space around the projection 30 of the piston 14 and is separated from the combustion chamber 20 by the mixing volume 38.
  • the piston is in a compression position which corresponds to 330 ° crankshaft angle after the top dead center, in which the mixing volume 38 has begun to penetrate into the combustion chamber 20, the fresh load 36 always being outside this room.
  • Compression of the mixing volume 38 in the combustion chamber 20 carries it to its self-ignition or spark ignition temperature, after which the fresh charge 36 begins to enter the combustion chamber 20 through the annular section conduit. formed between the projection 30 of the piston and the edge 21 of the orifice of the combustion chamber 20.
  • the fresh charge which thus enters the combustion chamber 20 ignites by turbulent mixing with the hot gases present in this chamber. bedroom.
  • the piston is in a position which corresponds to 345 ° of crankshaft angle after the top dead center, and the projection of the piston is partially introduced inside the combustion chamber 20, leaving a duct to remain. annular minimum dimension between this projection 30 and the edge 21 of the orifice of the combustion chamber 20.
  • the speed of the fresh charge 36 in this annular duct is greater than the speed of propagation of the flame in the same place, this flame propagation velocity being generally less than 15 meters per second.
  • the high rate of passage of the fresh charge in this annular conduit prevents the flame from propagating out of the combustion chamber 20 and generates a rotatable annular jet 40 of fresh charge which develops in the combustion chamber 20 along a hyperboloid of revolution centered on the axis of the piston, which has two contact surfaces with the surrounding hot gases, unlike a conventional flame front which has only one.
  • the reactive zone of the jet 40 is thus maintained at a temperature sufficient to maintain the combustion.
  • the piston 14 is in its top dead center position, where the chamber 20 is not completely closed by the upper face of the piston and where the fresh charge 36 has been completely admitted into the combustion chamber. In this chamber, the combustion becomes homogeneous under the effect of turbulence and the expansion of the gases can then begin.
  • Optimum combustion conditions are achieved when compression self-ignition develops in the chamber 20 to the vicinity of the piston protrusion 30 which has already penetrated into the chamber. This requires that the burnt gases 34 occupy in the chamber a volume less than that of this chamber when the projection 30 of the piston reaches the entrance of the chamber. It is also necessary that the effective compression ratio is sufficient to self-ignite the entire fraction of the mixing zone 38 which is present in the chamber 20 just after ignition. Indeed, if the amount of burnt gas 34 is too large, self-ignition may occur early in the cylinder outside the chamber 20 and if this amount of burnt gas 34 is too low, a mass of Fresh charge can accumulate in the chamber 20 between the aforementioned annular conduit and the ignition zone and blow the flame.
  • the invention therefore provides for simultaneously controlling the effective compression ratio and the volume of the flue gases 34 present in the combustion chamber.
  • the effective compression ratio is controlled by the crankshaft angle controlling the closing of the exhaust channel 22 by the valve 24 and, for a given exhaust closure control angle, the volume of the zone containing the flue gases. depends on the volume of the fresh charge 36, which is itself a function of the rotational speed of the engine, the speed of the fresh charge in the intake ports during the scan and the crank angle corresponding to the scan.
  • the volume of fresh charge admitted into the cylinder can be controlled in various ways, for example by the permeability of the intake ports 10 and the permeability of the exhaust ducts (for example by the flow section of a turbine of an associated turbocharger).
  • a combustion control method consists of adjusting the turbine section according to the open-loop engine speed, and adjusting the ignition control angle by controlling the ignition angle. Closed loop exhaust closure control from information provided by an ignition detector. It is also possible, to improve the accuracy of the control of the ignition point, to produce a spark in the combustion chamber by means of a spark plug.
  • the richness of the fresh charge of air and petrol vapor admitted into the cylinder 12 is limited to a value less than
  • combustion chamber 20 is formed by an axial cavity of the upper surface of the piston 14, whereas the projection 30 which penetrates into this cavity at top dead center of the piston is formed on the surface of the cylinder head 18 which is opposite the piston.
  • the cylinder head carries two exhaust ducts 22 and two intake ducts 42 opening on the annular face between the projection 30 and the cylinder 12. These ducts are advantageously staggered as shown in FIG. 9.
  • the spark plug 28 is here in axial position in the projection 30.
  • the filling mechanism consists in closing the exhaust valves 24 before the top dead center of the piston in order to retain the charge of the burned gases of the preceding cycle and to open the valves of inlet 44 after the top dead center of the piston when the cylinder pressure has fallen back to the inlet pressure of the fresh charge.
  • this embodiment variant comprises the same means as those shown in Figures 1 to 7 and which have been described in the foregoing.
  • the operation of this variant embodiment is substantially identical to that already described but reversed in the sense that the flue gases are under the fresh load, contrary to their arrangement in the engine described above.
  • the invention provides, for the cold start of the engine, to feed stoichiometric mixture or rich, and trigger ignition by an electric spark.
  • the invention also applies to the case where all the fuel is injected in the liquid phase according to the diesel cycle. This case will be described for a two-stroke engine corresponding to the engine of FIGS. 1 to 7.
  • This engine M shown schematically in FIG. 10 is supplied with air by a two-stage turbocharger, comprising a high-pressure turbine T1 supplied with exhaust gas from an exhaust manifold 42 of the engine M, this turbine T1 driving in rotating the rotor of a high pressure compressor C1 whose output is connected, via a heat exchanger 44 for cooling the compressed air, to an intake manifold 46 of the motor M.
  • a two-stage turbocharger comprising a high-pressure turbine T1 supplied with exhaust gas from an exhaust manifold 42 of the engine M, this turbine T1 driving in rotating the rotor of a high pressure compressor C1 whose output is connected, via a heat exchanger 44 for cooling the compressed air, to an intake manifold 46 of the motor M.
  • the output of the high pressure turbine T1 feeds a low pressure turbine T2 whose output is connected in a conventional manner to an exhaust duct.
  • the low-pressure turbine T2 drives the rotor of a low-pressure compressor C2 which is supplied with fresh external air mixed, if necessary, with cooled recycled flue gases and which supplies the high-pressure compressor C1 with compressed gas via a cooling exchanger 50.
  • Recycled flue gases externally are taken and cooled downstream of the turbine T2 by means of a controlled adjustable valve 48 and mixed in a chamber 52 with fresh air outside to supply the low pressure compressor C2.
  • the externally uncooled recycled gases are taken upstream of the turbine T2 and reinjected downstream of the compressor C2 and upstream of the refrigerant 50 where they are cooled before feeding the high pressure compressor C1.
  • each cylinder of the engine M is equipped with an injector 54 for liquid fuel which can be mounted in a bore of the cylinder head 18 opening into the combustion chamber 20 or which can, in a variant, be housed at the inside of the stem of the exhaust valve 24 to extend coaxially with the cylinder, this injector then opening into the combustion chamber 20 through an orifice of the head of the exhaust valve 24.
  • injector 54 for liquid fuel can be mounted in a bore of the cylinder head 18 opening into the combustion chamber 20 or which can, in a variant, be housed at the inside of the stem of the exhaust valve 24 to extend coaxially with the cylinder, this injector then opening into the combustion chamber 20 through an orifice of the head of the exhaust valve 24.
  • each cylinder retaining a mass of flue gases which remain separated from the fresh feed introduced into the cylinder, as previously described.
  • the bottom of the combustion chamber 20 is filled with retained flue gases that have not been mixed with the fresh batch. These gases have a low mass concentration of oxygen whereas the fresh charge has a high mass concentration of oxygen, modulated by the supply of externally recycled burned gases.
  • the axisymmetric architecture of the gas working chamber with its axial exhaust orifice has the advantage of discharging to the turbine T1 the hot gases which are located in the axial zone of the cylinder and of retaining the peripheral burned gases cooled by the wall of the cylinder 12 and the combustion chamber 20.
  • the cooling of the burnt gases recycled during expansion and compression is less detrimental to the efficiency of the cycle than an external cooling of the type of that achieved in four-stroke engines which in addition to the aforementioned heat losses to the walls.
  • the combustion process comprises three successive phases:
  • the entire liquid fuel is sprayed as homogeneously as possible into the mass of burnt gases retained after it has been forced back into the combustion chamber and before it is mixed with the fresh charge discharged by the piston 14.
  • the fuel injected vaporizes immediately in the turbulent flue gases which have been recompressed and partially cooled by the walls, and consumes all of the residual oxygen to bring this mixture to a temperature below 1600 0 K, temperature below which no particles or oxides of nitrogen are created. In this first rich phase, the local temperature increase is limited by the low mass concentration of residual oxygen.
  • the fuel is preferably injected into the zone which is the most difficult to reach by the charge. fresh. Under these conditions, the fresh feedstock must first mix with the non-carburized flue gases before reaching the carburized zone.
  • the piston 14 delivers a first portion of the fresh charge in the form of a turbulent jet to the heart of the mass of hot gases which still contains about three quarters of the fuel injected in the form of steam mixed with a mass of burned gas without oxygen.
  • the fresh charge jet mixes with the non-carburized flue gases to bring all the residual burnt gases into the reactive zone.
  • the turbulent mixing of the fresh charge stream, non-carburized flue gas and hot carbide gases triggers a turbulent diffusion flame.
  • the local temperature of the gases being mixed is maximum in the stoichiometric reaction zones where the proportion of fresh air just burns all the fuel vapor carried by the residual flue gases.
  • the local mass concentration of oxygen must be limited so that the temperature does not substantially exceed 2 000 0 K. the local temperature remains well below the onset of nitrogen oxides threshold.
  • the desired oxygen concentration is obtained by a complementary supply of externally recycled cooled flue gases.
  • a third step the rest of the fresh charge which contains the excess combustion air is introduced into the combustion chamber to oxygenate the charge and complete the oxidation of any residual rich areas.
  • the temperature of the reaction zone thus increases to 1600 0 K during the first phase and reaches 2000 0 K during the second oxidation phase, then down again to 1800 0 K during the final oxygenation phase.
  • FIG. 11 represents the end of an expansion phase, in which the piston 14 is in the vicinity of its bottom dead center, in a position which corresponds to 150 ° of crankshaft after the top dead center of the piston, the exhaust 22 being open by the valve 24, the inlet ports 10 being closed by the piston 14 and the cylinder 12 being filled with flue gas.
  • the oxidant mixture 36 'admitted by the lumens 10 pushes the burnt gases 34 towards the exhaust channel 22 and is centrifuged on the inner wall of the cylinder 12 under the effect of the directing the lumens 10, forming an annular bag filled with a fresh charge 36 'and separated from the flue gases 34 by a mixing volume 38 located at the interface between the flue gases 34 and the fresh charge 36' and wherein the flue gases and the fresh charge are mixed.
  • the piston 14 is in a position corresponding to a crankshaft angle of 210 ° after the top dead center and in which it again closes the intake ports 10, the exhaust channel 22 being always kept open by the exhaust valve 24. In this position, the flue gas is flushed with the fresh charge, the flue gas is discharged. continuing under the action of the upward movement of the piston.
  • the exhaust valve 24 closes the exhaust channel 22 and retains a mass of flue gas 34 in the combustion chamber.
  • the fresh charge 36 'occupies an annular space around the projection 30 of the piston 14 and is separated from the combustion chamber 20 by the mixing volume 38.
  • the piston is in a compression position which corresponds to 330 ° crankshaft angle after the top dead center, in which the mixing volume 38 has begun to enter the combustion chamber 20, the fresh load 36 'being always outside this chamber and the liquid fuel is sprayed into the flue gases 34.
  • the compression of the recycled volume 34 in the combustion chamber 20 carries it to the instantaneous self-ignition temperature of the fuel mist rapidly delivered by the injector 54 into the recycled feed 34 before it mixes with the fresh feed 36 .
  • the pulverized fuel ignites instantly to exhaust the residual oxygen of the charge 34 and is a mixture of fuel vapor and oxygen-free flue gases, after which the fresh charge 36 'begins to enter the combustion chamber 20 through the annular conduit of reduced section which is formed between the projection 30 of the piston and the edge 21 of the orifice of the combustion chamber 20.
  • the fresh charge which thus enters the combustion chamber 20 by driving the mixing zone 38 continues oxidation of the fuel vapor mixed with the recycled hot gases present in the latter.
  • the piston is in a position which corresponds to 345 ° crank angle after the top dead center and the projection 30 of the piston is partially introduced into the combustion chamber 20, leaving an annular duct of minimum size between this projection 30 and the edge 21 of the orifice of the combustion chamber 20.
  • the speed of the fresh charge 36 'in this annular duct is sufficient to generate a rotatable annular jet 40 of fresh charge which develops in the combustion chamber 20 along a hyperboloid of revolution centered on the axis of the piston, which has two surfaces of contact with the hot gases surrounding carbides to generate two turbulent diffusion flames that oxidize almost all of the fuel.
  • the reactive zone of the jet 40 is thus maintained at a temperature sufficient to maintain the combustion.
  • the piston 14 is in its top dead center position, where the chamber 20 is not completely closed off by the upper face of the piston and where the excess air has been completely admitted into the combustion chamber.

Landscapes

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Abstract

Moteur à combustion interne comprenant au moins un cylindre (12) avec un piston (14), et une chambre de combustion (20) communiquant avec le cylindre, caractérisé en ce que le cylindre (12) contient, à la fin de la phase d'admission, un volume de gaz brûlés et un volume de charge fraîche qui sont séparés l'un de l'autre par un volume intermédiaire d'un mélange de gaz brûlés et de charge fraîche et introduits successivement dans la chambre de combustion et en ce que le taux de compression effectif est insuffisant pour provoquer un auto-allumage de la charge fraîche (36) dans le cylindre et est suffisant pour provoquer dans la chambre de combustion un auto-allumage du volume intermédiaire (38) de mélange de gaz brûlés et de charge fraîche, la combustion restant confinée à la chambre de combustion.

Description

Moteur alternatif à rétention de gaz brûlés
L'invention concerne un moteur à combustion interne du type à pistons alternatifs pour véhicule automobile, qui retient dans les cylindres, à chaque cycle, une masse de gaz brûlés du cycle précédent pour activer la combustion, et des procédés pour alimenter ce moteur en carburant de telle façon que la combustion ne produise pas de polluants.
Les moteurs à quatre temps du type à allumage commandé ou du type diesel de la technique connue présentent les inconvénients ci après : Les moteurs à allumage commandé alimentés par un mélange gazeux homogène ont un rendement médiocre en raison du mode de combustion du mélange qui les alimente, cette combustion étant stoechio métrique et déclenchée par un allumage électrique.
Dans ces moteurs, une étincelle initie un front de flamme qui traverse la charge combustible et se propage par diffusion thermique, la richesse du mélange étant voisine de 1 (rapport stoechiométrique) pour que la température du front de flamme soit élevée et que la propagation de la flamme soit suffisamment rapide, et pour permettre une catalyse à trois voies des gaz d'échappement. Le taux de compression doit être inférieur à 10 pour éviter l'auto- allumage du mélange par compression, communément appelé cliquetis.
La température élevée en fin de combustion combinée à la faible détente de la charge se traduit par un mauvais rendement et par la production de quantités importantes d'oxydes d'azote et d'hydrocarbures imbrûlés qu'il faut traiter dans un catalyseur à trois voies avant de rejeter les gaz d'échappement à l'atmosphère.
Pour remédier à ces inconvénients, il convient d'appauvrir le mélange et de renoncer à la propagation d'un front de flamme.
De nombreuses tentatives d'auto-allumage par compression d'un mélange homogène (du type HCCI) butent sur le fait que cet auto-allumage intervient simultanément dans tout un volume de la chambre en provocant une augmentation de pression très rapide qui s'apparente à une explosion, avec un risque de destruction du moteur.
Pour ce qui concerne les moteurs à bon rendement alimentés par une injection directe de carburant liquide dans la chambre de combustion, du type diesel, on se heurte à une forte émission de particules qu'il faut filtrer à la sortie du moteur et d'oxydes d'azote qu'on ne peut pas éliminer dans un catalyseur à trois voies compte tenu de l'excès d'air nécessaire à la combustion.
La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure grâce à la présence dans la chambre de combustion d'une charge de gaz brûlés retenus, séparée d'une charge fraîche d'air pur ou d'air carburé.
Elle propose à cet effet un moteur à combustion interne comprenant au moins un cylindre muni d'orifices d'admission et d'échappement, un piston déplaçable en mouvement alternatif dans le cylindre, une chambre de combustion communiquant par un orifice avec le cylindre, des moyens d'admission dans le cylindre d'une charge fraîche formée d'un mélange homogène d'air et de combustible gazeux, et des moyens de commande de l'échappement qui retiennent dans la chambre de combustion et dans le cylindre une certaine quantité de gaz brûlés, caractérisé en ce que le cylindre contient, au début de la compression, un ensemble de gaz comprenant un volume de gaz brûlés et un volume de charge fraîche qui sont séparés l'un de l'autre par un volume intermédiaire d'un mélange de gaz brûlés et de charge fraîche et qui sont refoulés successivement dans la chambre de combustion, d'abord les gaz brûlés, puis le volume intermédiaire de mélange, puis la charge fraîche, en ce que le taux de compression effectif est insuffisant pour provoquer en fin de compression un auto-allumage dans la charge fraîche et est suffisant pour provoquer un allumage à partir d'un point chaud dans le volume intermédiaire de mélange de gaz brûlés et de charge fraîche qui a été refoulé dans la chambre de combustion, le moteur comprenant des moyens d'admission progressive de la charge fraîche dans la chambre de combustion pour confiner et développer la combustion dans cette chambre .
Ainsi, selon l'invention, ce sont les gaz brûlés refoulés dans la chambre de combustion pendant la compression de la charge fraîche qui élèvent la température de la zone réactionnelle et permettent d'initier la combustion de la charge fraîche dans sa zone frontière avec les gaz brûlés et de la développer ensuite au rythme de l'introduction de la charge fraîche dans la chambre de combustion.
Cette combustion qui se développe au fur et à mesure que le piston finit de comprimer la charge fraîche dans la chambre de combustion et qui reste confinée à la chambre de combustion, est progressive et silencieuse. La richesse de la charge fraîche admise dans le cylindre est déterminée pour ne pas générer d'oxydes d'azote dans la chambre de combustion. Elle est pour cela choisie à une valeur faible, typiquement inférieure à 0,6 dans le cas de l'essence, qui garantit une absence de production d'oxydes d'azote.
Par ailleurs, comme la combustion s'effectue dans une zone réactionnelle ayant une température élevée, il n'y a pas non plus de production de monoxyde de carbone, contrairement à ce qui se passe dans le procédé HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) à flamme froide. En outre, l'excès d'oxygène évite la production d'hydrocarbures imbrûlés.
L'intensité de la combustion est plus élevée dans le moteur selon l'invention que dans un front de flamme en raison du fait qu'une quantité de charge fraîche qui pénètre dans la zone réactionnelle est violemment mélangée à une beaucoup plus grande quantité de gaz chauds pour développer une flamme de prémélange très épaisse.
Le déclenchement de la combustion dans cet environnement favorable à la cinétique chimique prend naissance en un point chaud de la chambre qui peut résulter d'un auto-allumage local spontané, d'une étincelle électrique ou de l'injection d'un brouillard de carburant liquide dans les gaz chauds recyclés.
Selon une autre caractéristique de l'invention, bien adaptée au cycle à deux temps, la chambre de combustion est une cavité aménagée dans la culasse du moteur et le piston comprend, à son extrémité en regard de cette cavité, une saillie destinée à pénétrer dans cette cavité en fin de compression.
En variante bien adaptée au cycle à quatre temps, la chambre de combustion est une cavité aménagée dans la face d'extrémité du piston et la culasse comprend, sur sa surface en regard de cette cavité, une saillie destinée à pénétrer dans la cavité en fin de compression.
Avantageusement, au voisinage du point mort haut du piston, la saillie délimite avec l'orifice de la chambre de combustion un conduit annulaire de section réduite dans lequel le flux de gaz repoussé par le piston vers la chambre de combustion est accéléré.
Grâce à cette accélération, la vitesse de la charge fraîche dans ce conduit est supérieure à la vitesse de propagation de flamme dans ce conduit, ce qui interdit un retour de flamme dans le cylindre.
Pour les petits alésages des moteurs automobiles, la faible largeur radiale du conduit annulaire peut bloquer la propagation de la flamme par le phénomène de coincement (« quenching »).
On confine ainsi la combustion à l'intérieur de la chambre de combustion et on l'empêche de se propager dans le cylindre à l'extérieur de cette chambre. L'allumage a lieu dans le volume de mélange entre la charge fraîche et les gaz brûlés dans la chambre de combustion après que la saillie précitée a pénétré dans la cavité formant la chambre de combustion.
Ce phénomène se produit pour un angle de vilebrequin qui est compris entre 10 et 40° environ avant le point mort haut du piston. Pour faciliter les démarrages à froid, le moteur comprend également une bougie d'allumage, de préférence du type à étincelles et qui émerge dans la chambre de combustion.
Cette bougie peut également être utilisée pour créer le point chaud qui déclenche l'allumage du volume de mélange de gaz brûlés et de charge fraîche introduit dans la chambre de combustion, à chaque cycle de fonctionnement du moteur.
En variante, le point chaud peut être créé par auto-allumage par compression dans le volume intermédiaire de gaz brûlés et de charge fraîche ou par l'injection directe d'un brouillard de combustible liquide dans les gaz brûlés.
L'invention propose également un procédé de combustion d'un mélange gazeux homogène dans un moteur comprenant au moins un cylindre muni d'orifices d'admission et d'échappement, un piston déplaçable en mouvement alternatif dans le cylindre, et une chambre de combustion communiquant par un orifice avec le cylindre, caractérisé en ce qu'il consiste :
- à introduire une charge fraîche du mélange précité dans une zone du cylindre éloignée de la chambre de combustion - à retenir une charge de gaz brûlés dans la chambre de combustion et dans une zone attenante du cylindre laissée libre par la charge fraîche,
- à limiter au minimum la zone de mélange entre les deux charges,
- à comprimer l'ensemble de gaz ainsi formé en refoulant successivement dans la chambre de combustion la charge de gaz brûlés recyclés, puis la zone de mélange entre les deux charges et enfin la charge fraîche,
- à fixer le taux de compression effectif à une valeur insuffisante pour provoquer un auto-allumage par compression dans la charge fraîche et suffisante pour permettre un allumage par un point chaud dans la zone de mélange entre les deux charges présente dans la chambre de combustion, - à interdire la propagation de la combustion vers la charge fraîche encore présente dans le cylindre en accélérant l'écoulement dans un conduit reliant le cylindre et la chambre de combustion jusqu'à une vitesse supérieure à la vitesse locale de propagation de flamme ou en provoquant le coincement de la flamme dans ce conduit,
- à poursuivre la combustion de la charge fraîche au rythme de son transfert progressif dans la chambre de combustion, qui génère un mélange turbulent entre les gaz frais et les gaz chauds déjà présents suffisant pour entretenir une flamme de prémélange turbulente. Avantageusement, ce procédé consiste à piloter l'auto-allumage dans la chambre de combustion par l'intermédiaire du taux de compression effectif en réglant l'angle de vilebrequin où les soupapes ferment le cylindre.
L'auto-allumage est également pilotable par la masse de gaz brûlés qui sont retenus dans le cylindre, ou par la richesse de la charge fraîche admise dans le cylindre.
L'allumage peut aussi être déclenché par une étincelle électrique. L'invention est tout particulièrement applicable aux moteurs à cycle à deux temps, dans lesquels la rétention d'une partie des gaz brûlés dans le cylindre se fait de façon naturelle.
De plus, les moteurs à cycle à deux temps permettent d'obtenir un cycle asymétrique à faible taux de compression et à fort taux de détente, en effectuant le balayage des cylindres pendant les premières parties des courses de compression. Lorsque le moteur est équipé de soupapes d'admission, on peut également jouer sur les angles d'ouverture et de fermeture de ces soupapes pour piloter l'auto-allumage dans les chambres de combustion.
Dans le cas d'un moteur turbocompressé, un procédé de contrôle de la combustion consiste à réguler en boucle ouverte la section de la turbine en fonction du régime du moteur et à ajuster l'angle d'allumage par pilotage en boucle fermée de l'angle de fermeture de l'échappement à partir de l'information donnée par un détecteur d'allumage.
Selon un autre aspect de l'invention, la vapeur de carburant portée par la charge fraîche admise dans le cylindre est complétée par une quantité de carburant liquide pulvérisée dans la masse de gaz brûlés après que cette masse ait été refoulée dans la chambre de combustion et avant qu'elle se mélange à la charge fraîche. Cette injection directe contrôle le déclenchement de la combustion. Le moteur comporte alors un injecteur de carburant liquide sous pression qui débouche directement dans la chambre de combustion.
Le carburant liquide injecté directement dans la chambre de combustion peut être peu volatile comme le gazole alors que le carburant introduit avec la charge fraîche doit être volatile à la température d'admission. L'invention est bien adaptée aux moteurs « dual fuel » qui brûlent du gaz naturel et du gazole.
Quand on ne dispose que de gazole, la totalité du carburant est injectée directement dans la chambre de combustion.
De préférence, le carburant liquide est injecté dans la zone de la masse de gaz brûlés qui est la plus difficile à atteindre par la charge fraîche.
Dans ce moteur, la chambre de combustion est de préférence une cavité coaxiale au cylindre et est formée dans la culasse, et le piston comprend, sur son extrémité en regard de cette cavité, une saillie coaxiale au cylindre et destinée à pénétrer dans la cavité en fin de combustion. L'orifice d'échappement débouche au fond de la chambre de combustion et est obturé par une soupape coaxiale au cylindre.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'injecteur de carburant est agencé à l'intérieur de la tige de la soupape d'échappement et s'étend coaxialement au cylindre. En variante, il peut être monté dans un alésage de la culasse qui est sensiblement perpendiculaire à l'axe du cylindre et qui débouche dans la chambre de combustion.
Ce moteur est particulièrement destiné à fonctionner sur un cycle à deux temps et chaque cylindre comprend des orifices d'admission constitués par une couronne de lumières situées dans le cylindre immédiatement au-dessus du piston à son point mort bas, ces lumières étant inclinées par rapport à la direction radiale.
Ce moteur comporte également un conduit de recyclage externe permettant d'injecter des gaz brûlés refroidis dans la charge fraîche comburante introduite dans le moteur. Ce conduit de recyclage externe est équipé d'une vanne de réglage pilotée pour que le taux massique de recyclage externe diminue quand le régime du moteur augmente. De plus, la fermeture de la soupape d'échappement est retardée quand le régime du moteur augmente.
Le procédé de combustion selon l'invention qui a été décrit ci-dessus dans le cas d'un mélange gazeux combustible homogène, peut être piloté par une injection directe de carburant liquide pulvérisé dans la chambre de combustion. Le moteur est alors caractérisé en ce que la richesse de la charge fraîche introduite dans le cylindre peut être modulée , en ce que le taux de compression effectif dans le cylindre est fixé à une valeur insuffisante pour provoquer un auto-allumage dans la charge fraîche et suffisante pour provoquer un auto-allumage dans la masse de gaz brûlés retenus, et en ce qu'un carburant liquide est injecté et pulvérisé dans cette masse de gaz brûlés retenus après qu'elle ait été refoulée dans la chambre de combustion et avant qu'elle se mélange à la charge fraîche, celle-ci étant refoulée progressivement dans la masse de gaz retenus carbures.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 à 7 sont des vues schématiques des transferts et de la compression d'une charge fraîche carburée dans un cylindre d'un moteur à deux temps selon l'invention ;
- les figures 8 et 9 sont des vues schématiques partielles en coupe et de dessous d'un cylindre d'un moteur à quatre temps selon l'invention ;
- les figures 10 à 17 illustrent une variante de l'invention où une fraction du carburant est injectée en phase liquide dans la chambre de combustion.
Le moteur dont un cylindre est représenté schématiquement en coupe axiale aux figures 1 à 7 est un moteur à cycle à deux temps qui est alimenté par un mélange homogène d'air et de vapeur d'essence par l'intermédiaire de lumières d'admission 10 formées dans chaque cylindre 12 au voisinage du point mort bas du piston 14, ces lumières d'admission étant reliées à des moyens 16 d'alimentation en mélange homogène air- vapeur d'essence.
Les lumières 10 sont inclinées sur le rayon du cylindre pour imposer au mélange admis dans le cylindre un mouvement de rotation autour de l'axe du cylindre, ce mouvement de rotation plaquant le mélange sur la surface du cylindre en raison de sa densité supérieure à celle des gaz brûlés.
La partie supérieure du cylindre 12 est fermée par une culasse 18 comprenant une chambre de combustion 20 qui est formée par une cavité de la face de la culasse qui se trouve en regard du piston 14, cette cavité étant de révolution et centrée sur l'axe du piston et communiquant avec le cylindre par un orifice 21. Un canal d'échappement 22 est formé dans la culasse et débouche dans la chambre de combustion 20, par exemple dans l'axe du piston 14 comme représenté aux dessins. Une soupape d'échappement 24 commandée par des moyens 26 en translation axiale, permet d'ouvrir et de fermer le débouché du canal d'échappement 22 dans la chambre de combustion 20. Une bougie d'allumage 28 vissée dans la culasse débouche à l'intérieur de la chambre de combustion 20.
L'extrémité du piston située en regard de la chambre de combustion
20 comporte une saillie centrale 30 à surface de révolution autour de l'axe du cylindre, dont le profil méridien est destiné à pénétrer dans la chambre de combustion pour délimiter avec l'orifice 21 de cette chambre un canal annulaire dont la section est évolutive jusqu'au point mort haut du piston, comme représenté aux figures 5 à 7, pour compenser le ralentissement du piston. Le profil de cette saillie est déterminé pour que la vitesse des gaz dans ce canal soit supérieure à la vitesse de propagation de flamme dans ce même canal ou y provoque le « coincement » de la flamme.
Le fonctionnement du moteur selon l'invention est le suivant :
La figure 1 représente la fin d'une phase de détente, dans laquelle le piston 14 est au voisinage de son point mort bas, dans une position qui correspond à 150° d'arbre vilebrequin après le point mort haut du piston, le canal d'échappement 22 étant ouvert par la soupape 24, les orifices d'admission 10 étant obturés par le piston 14 et le cylindre 12 étant rempli de gaz brûlés.
Quand le piston continue sa descente vers sa position de point mort bas représentée en figure 2, il commence à dégager les lumières d'admission 10 pour admettre un mélange gazeux homogène d'air et de vapeur d'essence à l'intérieur du cylindre 12 et commencer le balayage des gaz brûlés.
Dans la position de point mort bas représentée en figure 2, le mélange combustible admis par les lumières 10 repousse les gaz brûlés 34 vers le canal d'échappement 22 et est centrifugé sur la paroi interne du cylindre 12 sous l'effet de l'orientation des lumières 10, en formant une poche annulaire remplie d'une charge fraîche 36 et séparée des gaz brûlés
34 par un volume de mélange 38 situé à l'interface entre les gaz brûlés 34 et la charge fraîche 36 et dans lequel les gaz brûlés et la charge fraîche sont mélangés. En figure 3, le piston 14 est dans une position qui correspond à un angle de vilebrequin de 210° après le point mort haut et dans laquelle il obture à nouveau les lumières d'admission 10, le canal d'échappement 22 étant toujours maintenu ouvert par la soupape d'échappement 24. Dans cette position, le balayage des gaz brûlés par la charge fraîche prend fin, la vidange des gaz brûlés se poursuivant sous l'action du mouvement ascendant du piston.
Dans la position de la figure 4 qui correspond à un angle de vilebrequin de 270° après le point mort haut, la soupape d'échappement 24 ferme le canal d'échappement 22 et retient une masse de gaz brûlés 34 dans la chambre de combustion. La charge fraîche 36 occupe un espace annulaire autour de la saillie 30 du piston 14 et est séparée de la chambre de combustion 20 par le volume de mélange 38.
En figure 5, le piston est dans une position de compression qui correspond à 330° d'angle de vilebrequin après le point mort haut, dans laquelle le volume de mélange 38 a commencé à pénétrer dans la chambre de combustion 20, la charge fraîche 36 étant toujours à l'extérieur de cette chambre.
La compression du volume de mélange 38 dans la chambre de combustion 20 le porte à sa température d'auto-allumage ou d'allumage commandé, après quoi la charge fraîche 36 commence à pénétrer dans la chambre de combustion 20 par le conduit annulaire de section réduite qui est formé entre la saillie 30 du piston et le bord 21 de l'orifice de la chambre de combustion 20. La charge fraîche qui pénètre ainsi dans la chambre de combustion 20 s'allume par mélange turbulent avec les gaz chauds présents dans cette chambre.
En figure 6, le piston est dans une position qui correspond à 345° d'angle de vilebrequin après le point mort haut et la saillie 30 du piston est partiellement introduite à l'intérieur de la chambre de combustion 20, en laissant subsister un conduit annulaire de dimension minimale entre cette saillie 30 et le bord 21 de l'orifice de la chambre de combustion 20. La vitesse de la charge fraîche 36 dans ce conduit annulaire est supérieure à la vitesse de propagation de la flamme au même endroit, cette vitesse de propagation de flamme étant en général inférieure à 15 mètres par seconde. La vitesse élevée de passage de la charge fraîche dans ce conduit annulaire empêche la flamme de se propager hors de la chambre de combustion 20 et génère un jet annulaire rotatif 40 de charge fraîche qui se développe dans la chambre de combustion 20 le long d'un hyperboloïde de révolution centré sur l'axe du piston, qui présente deux surfaces de contact avec les gaz chauds environnants, contrairement à un front de flamme classique qui n'en présente qu'une seule. La zone réactive du jet 40 est ainsi maintenue à une température suffisant à l'entretien de la combustion.
En figure 7, le piston 14 est dans sa position de point mort haut, où la chambre 20 n'est pas complètement obturée par la face supérieure du piston et où la charge fraîche 36 a été admise en totalité dans la chambre de combustion. Dans cette chambre, la combustion devient homogène sous l'effet des turbulences et la détente des gaz peut alors commencer.
Des conditions optimales de combustion sont réunies quand l'auto- allumage par compression se développe dans la chambre 20 jusqu'au voisinage de la saillie 30 du piston qui a déjà pénétré à l'intérieur de la chambre. Il faut pour cela que les gaz brûlés 34 occupent dans la chambre un volume inférieur à celui de cette chambre lorsque la saillie 30 du piston parvient à l'entrée de la chambre. Il faut également que le taux de compression effectif soit suffisant pour brûler par auto-allumage toute la fraction de la zone de mélange 38 qui est présente dans la chambre 20 juste après l'allumage. En effet, si la quantité de gaz brûlés 34 est trop importante, l'auto-allumage risque de se produire précocement dans le cylindre à l'extérieur de la chambre 20 et si cette quantité de gaz brûlés 34 est trop faible, une masse de charge fraîche peut s'accumuler dans la chambre 20 entre le conduit annulaire précité et la zone d'allumage et souffler la flamme. L'invention prévoit donc de contrôler simultanément le taux de compression effectif et le volume des gaz brûlés 34 présents dans la chambre de combustion.
Le taux de compression effectif est piloté par l'angle de vilebrequin commandant la fermeture du canal d'échappement 22 par la soupape 24 et, pour un angle de commande de fermeture d'échappement donné, le volume de la zone contenant les gaz brûlés 34 dépend du volume de la charge fraîche 36, qui est elle-même fonction de la vitesse de rotation du moteur, de la vitesse de la charge fraîche dans les lumières d'admission pendant le balayage et de l'angle de vilebrequin correspondant au balayage.
Pour une vitesse de rotation donnée du moteur, le volume de charge fraîche admis dans le cylindre peut être piloté de diverses façons, par exemple par la perméabilité des orifices d'admission 10 et par la perméabilité des conduits d'échappement (par exemple par la section débitante d'une turbine d'un turbocompresseur associé).
Dans le cas d'un moteur à cycle à deux temps qui est équipé de soupapes d'admission, on peut également régler l'angle de commande d'ouverture ou de fermeture de ces soupapes. On peut réduire la précision nécessaire du réglage du volume de charge fraîche admise en augmentant la fraction de la zone de mélange 38 qui est susceptible d'un auto-allumage par compression après son refoulement dans la chambre de combustion 20. On peut considérer que cet auto-allumage sera progressif, en raison des gradients de température et de richesse de mélange qui régnent dans la zone de mélange 38.
Dans le cas d'un moteur turbocompressé, un procédé de contrôle de la combustion consiste à régler la section de la turbine en fonction du régime moteur en boucle ouverte, et à régler l'angle de commande d'allumage en pilotant l'angle de commande de la fermeture de l'échappement en boucle fermée à partir des informations fournies par un détecteur d'allumage. On peut également, pour améliorer la précision du pilotage du point d'allumage, produire une étincelle dans la chambre de combustion au moyen d'une bougie d'allumage.
Dans tous les cas, la richesse de la charge fraîche d'air et de vapeur d'essence admise dans le cylindre 12 est limitée à une valeur inférieure à
0,6 environ (cette richesse étant définie comme le rapport de la quantité de combustible contenue dans la charge et de la quantité de combustible contenue dans un mélange stoechiométrique).
La limitation de la richesse de la charge et la limitation du taux de compression effectif dans le cylindre 12 permettent de retarder l'auto- allumage qui ne peut se produire ni dans la charge fraîche faute d'un taux de compression suffisant, ni dans les gaz recyclés 34 faute de combustible, seule la zone de mélange 38 réunissant les conditions nécessaires quand elle est comprimée par le piston dans la chambre de combustion. La combustion qui s'effectue dans une zone à température élevée, ne génère pas de monoxyde de carbone, l'excès d'oxygène permettant une combustion complète de la charge et évitant l'émission d'hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'échappement et la richesse faible de la charge fraîche empêchant la production des oxydes d'azote. La variante de réalisation des figures 8 et 9 diffère de la forme de réalisation précédemment décrite en ce que la chambre de combustion 20 est formée par une cavité axiale de la surface supérieure du piston 14, alors que la saillie 30 qui pénètre dans cette cavité au point mort haut du piston est formée sur la surface de la culasse 18 qui se trouve en regard du piston.
Cette configuration permet d'exploiter le procédé de combustion selon l'invention dans des moteurs à quatre temps d'architecture classique. Dans cette variante à quatre temps, la culasse porte deux conduits d'échappement 22 et deux conduits d'admission 42 débouchant sur la face annulaire comprise entre la saillie 30 et le cylindre 12. Ces conduits sont avantageusement en quinconce comme représenté en figure 9. La bougie 28 est ici en position axiale dans la saillie 30. Le mécanisme de remplissage consiste à fermer les soupapes d'échappement 24 avant le point mort haut du piston afin de retenir la charge de gaz brûlés du cycle précédent et à ouvrir les soupapes d'admission 44 après le point mort haut du piston quand la pression du cylindre est retombée au niveau de la pression d'admission de la charge fraîche.
Ce diagramme de distribution a l'avantage d'éviter les contacts entre le piston et les têtes de soupapes en position d'ouverture. Pour le reste, cette variante de réalisation comprend les mêmes moyens que ceux qui ont été représentés dans les figures 1 à 7 et qui ont été décrits dans ce qui précède. Le fonctionnement de cette variante de réalisation est sensiblement identique à celui déjà décrit mais inversé dans le sens où les gaz brûlés sont sous la charge fraîche, contrairement à leur disposition dans le moteur précédemment décrit.
L'invention prévoit, pour le démarrage à froid du moteur, de l'alimenter en mélange stoechiométrique ou riche, et de déclencher l'allumage par une étincelle électrique.
L'invention s'applique également au cas où la totalité du carburant est injectée en phase liquide selon le cycle diesel. Ce cas va être décrit pour un moteur à deux temps correspondant au moteur des figures 1 à 7.
Ce moteur M représenté schématiquement en figure 10 est alimenté en air par une turbocompression à deux étages, comprenant une turbine haute pression T1 alimentée en gaz d'échappement à partir d'un collecteur d'échappement 42 du moteur M, cette turbine T1 entraînant en rotation le rotor d'un compresseur haute pression C1 dont la sortie est reliée, par l'intermédiaire d'un échangeur 44 de refroidissement de l'air comprimé, à un collecteur d'admission 46 du moteur M.
La sortie de la turbine haute pression T1 alimente une turbine basse pression T2 dont la sortie est reliée de façon classique à un conduit d'échappement. La turbine basse pression T2 entraîne le rotor d'un compresseur basse pression C2 qui est alimenté en air frais extérieur mélangé, le cas échéant, à des gaz brûlés recyclés refroidis et qui alimente en gaz comprimé le compresseur haute pression C1 par l'intermédiaire d'un échangeur de refroidissement 50. Les gaz brûlés recyclés extérieurement sont prélevés et refroidis en aval de la turbine T2 au moyen d'une vanne réglable pilotée 48 et mélangés dans une chambre 52 avec de l'air frais extérieur pour alimenter le compresseur basse pression C2.
En variante, les gaz recyclés extérieurement non refroidis sont prélevés en amont de la turbine T2 et réinjectés en aval du compresseur C2 et en amont du réfrigérant 50 où il sont refroidis avant d'alimenter le compresseur haute pression C1.
Comme représenté schématiquement en figure 11 , chaque cylindre du moteur M est équipé d'un injecteur 54 de carburant liquide qui peut être monté dans un alésage de la culasse 18 débouchant dans la chambre de combustion 20 ou qui peut, en variante, être logé à l'intérieur de la tige de la soupape d'échappement 24 pour s'étendre coaxialement au cylindre, cet injecteur débouchant alors dans la chambre de combustion 20 par l'intermédiaire d'un orifice de la tête de la soupape d'échappement 24. Pour le reste, le moteur M ne diffère sensiblement pas du moteur décrit en référence aux figures 1 à 7, et son aérodynamique interne est peu modifié.
Il est alimenté en air pur non carburé, éventuellement mélangé à des gaz brûlés refroidis recyclés extérieurement, chaque cylindre retenant une masse de gaz brûlés qui restent séparés de la charge fraîche introduite dans le cylindre, comme précédemment décrit.
En fin de compression, le fond de la chambre de combustion 20 se trouve rempli de gaz brûlés retenus qui n'ont pas été mélangés à la charge fraîche. Ces gaz ont une faible concentration massique en oxygène alors que la charge fraîche a une forte concentration massique d'oxygène, modulée par l'apport de gaz brûlés recyclés extérieurement. L'architecture axisymétrique de la chambre de travail des gaz avec son orifice d'échappement axial présente l'avantage d'évacuer vers la turbine T1 les gaz chauds qui sont situés dans la zone axiale du cylindre et de retenir les gaz brûlés périphériques refroidis par la paroi du cylindre 12 et de la chambre de combustion 20. Le refroidissement des gaz brûlés recyclés pendant la détente et la compression est moins pénalisant pour le rendement du cycle qu'un refroidissement externe du type de celui réalisé dans les moteurs à quatre temps qui s'ajoute aux pertes de chaleur précitées aux parois. Le procédé de combustion comporte trois phases successives :
D'abord, l'injection du carburant pulvérisé qui provoque l'épuisement de l'oxygène résiduel de la masse de gaz brûlés et la formation d'un mélange riche de gaz chauds et de vapeur de carburant, ensuite l'oxydation presque totale de la vapeur de carburant en présence des gaz brûlés recyclés intérieurement et enfin l'oxygénation de la charge par l'excès d'air pour en parfaire l'oxydation.
Un peu avant le point mort haut du piston 14, on pulvérise de façon aussi homogène que possible la totalité du carburant liquide dans la masse de gaz brûlés retenus, après qu'elle ait été refoulée dans la chambre de combustion et avant qu'elle soit mélangée à la charge fraîche refoulée par le piston 14. Le carburant injecté se vaporise immédiatement dans les gaz brûlés turbulents qui ont été recomprimés et partiellement refroidis par les parois, et consomme la totalité de l'oxygène résiduel pour porter ce mélange jusqu'à une température inférieure à 16000K, température en dessous de laquelle il ne se crée ni particules ni oxydes d'azote. Dans cette première phase riche, l'augmentation de température locale est limitée par la faible concentration massique d'oxygène résiduel.
Pour prendre en compte les hétérogénéités de concentration du carburant pulvérisé dans les gaz brûlés, on injecte le carburant de préférence dans la zone qui est la plus difficile à atteindre par la charge fraîche. Dans ces conditions, la charge fraîche devra d'abord se mélanger aux gaz brûlés non carbures avant d'atteindre la zone carburée.
Dans un deuxième temps, le piston 14 refoule une première partie de la charge fraîche sous forme d'un jet turbulent au cœur de la masse de gaz chauds qui contient encore environ les trois quarts du carburant injecté sous forme de vapeur mélangée à une masse de gaz brûlés sans oxygène. Avant d'atteindre la masse carburée, le jet de charge fraîche se mélange aux gaz brûlés non carbures pour emmener dans la zone réactive la totalité des gaz brûlés résiduels. Le brassage turbulent du jet de charge fraîche, des gaz brûlés non carbures et des gaz carbures chauds déclenche une flamme de diffusion turbulente. La température locale des gaz en cours de mélange est maximale dans les zones de réaction stoechiométrique où la proportion d'air frais permet juste de brûler la totalité de la vapeur de carburant portée par les gaz brûlés résiduels. Dans ces zones de réaction stoechiométrique qui comprennent de l'air frais à basse température (environ 6000K) et des gaz brûlés carbures chauds (à environ 1600°K), la concentration massique locale d'oxygène doit être limitée pour que la température ne dépasse pas sensiblement 20000K. La température locale reste ainsi au dessous du seuil d'apparition des oxydes d'azote. Pour un taux donné de recyclage interne de gaz brûlés, la concentration d'oxygène désirée est obtenue par un apport complémentaire de gaz brûlés refroidis recyclés extérieurement.
Dans un troisième temps, le reste de la charge fraîche qui contient l'excès d'air de combustion est introduit dans la chambre de combustion pour oxygéner la charge et parfaire l'oxydation d'éventuelles zones riches résiduelles.
La température de la zone réactionnelle croit ainsi jusqu'à 16000K pendant la première phase et atteint 20000K pendant la deuxième phase d'oxydation, pour redescendre ensuite vers 18000K pendant la phase d'oxygénation finale. Ces conditions de température et de concentrations permettent d'éviter les particules, les oxydes d'azote et les hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'échappement rejetés à l'atmosphère.
Dans un moteur M équipé de turbines à géométrie fixe dimensionnées pour les bas régimes du moteur, le taux de recyclage interne de gaz brûlés augmente avec le régime. En conséquence, il est avantageux de prévoir un taux de recyclage externe de gaz d'échappement qui décroît avec le régime.
Le fonctionnement du moteur M va maintenant être décrit, pour un cylindre de ce moteur, en référence aux figures 11 à 17 qui correspondent aux figures 1 à 7 déjà décrites.
La figure 11 représente la fin d'une phase de détente, dans laquelle le piston 14 est au voisinage de son point mort bas, dans une position qui correspond à 150° d'arbre vilebrequin après le point mort haut du piston, le canal d'échappement 22 étant ouvert par la soupape 24, les orifices d'admission 10 étant obturés par le piston 14 et le cylindre 12 étant rempli de gaz brûlés.
Quand le piston continue sa descente vers sa position de point mort bas représentée en figure 12, il commence à dégager les lumières d'admission 10 pour admettre un mélange homogène comburant à l'intérieur du cylindre 12 et commencer le balayage des gaz brûlés.
Dans la position de point mort bas représentée en figure 12, le mélange comburant 36' admis par les lumières 10 repousse les gaz brûlés 34 vers le canal d'échappement 22 et est centrifugé sur la paroi interne du cylindre 12 sous l'effet de l'orientation des lumières 10, en formant une poche annulaire remplie d'une charge fraîche 36' et séparée des gaz brûlés 34 par un volume de mélange 38 situé à l'interface entre les gaz brûlés 34 et la charge fraîche 36' et dans lequel les gaz brûlés et la charge fraîche sont mélangés. En figure 13, le piston 14 est dans une position qui correspond à un angle de vilebrequin de 210° après le point mort haut et dans laquelle il obture à nouveau les lumières d'admission 10, le canal d'échappement 22 étant toujours maintenu ouvert par la soupape d'échappement 24. Dans cette position, le balayage des gaz brûlés par la charge fraîche prend fin, la vidange des gaz brûlés se poursuivant sous l'action du mouvement ascendant du piston.
Dans la position de la figure 14 qui correspond à un angle de vilebrequin de 270° après le point mort haut, la soupape d'échappement 24 ferme le canal d'échappement 22 et retient une masse de gaz brûlés 34 dans la chambre de combustion. La charge fraîche 36' occupe un espace annulaire autour de la saillie 30 du piston 14 et est séparée de la chambre de combustion 20 par le volume de mélange 38.
En figure 15, le piston est dans une position de compression qui correspond à 330° d'angle de vilebrequin après le point mort haut, dans laquelle le volume de mélange 38 a commencé à pénétrer dans la chambre de combustion 20, la charge fraîche 36' étant toujours à l'extérieur de cette chambre et le carburant liquide est pulvérisé dans les gaz brûlés 34.
La compression du volume recyclé 34 dans la chambre de combustion 20 le porte à la température d'auto-allumage instantané du brouillard de carburant délivré rapidement par l'injecteur 54 dans la charge recyclée 34 avant qu'elle se mélange à la charge fraîche 36'.
Le carburant pulvérisé s'enflamme instantanément pour épuiser l'oxygène résiduel de la charge 34 et constituer un mélange de vapeur de carburant et de gaz brûlés sans oxygène, après quoi la charge fraîche 36' commence à pénétrer dans la chambre de combustion 20 par le conduit annulaire de section réduite qui est formé entre la saillie 30 du piston et le bord 21 de l'orifice de la chambre de combustion 20. La charge fraîche qui pénètre ainsi dans la chambre de combustion 20 en entraînant la zone de mélange 38 poursuit l'oxydation de la vapeur de carburant mélangée aux gaz chauds recyclés présents dans cette dernière. En figure 16, le piston est dans une position qui correspond à 345° d'angle de vilebrequin après le point mort haut et la saillie 30 du piston est partiellement introduite à l'intérieur de la chambre de combustion 20, en laissant subsister un conduit annulaire de dimension minimale entre cette saillie 30 et le bord 21 de l'orifice de la chambre de combustion 20. La vitesse de la charge fraîche 36' dans ce conduit annulaire est suffisante pour générer un jet annulaire rotatif 40 de charge fraîche qui se développe dans la chambre de combustion 20 le long d'un hyperboloïde de révolution centré sur l'axe du piston, qui présente deux surfaces de contact avec les gaz chauds carbures environnants pour générer deux flammes de diffusion turbulentes qui oxydent presque la totalité du carburant. La zone réactive du jet 40 est ainsi maintenue à une température suffisant à l'entretien de la combustion.
En figure 17, le piston 14 est dans sa position de point mort haut, où la chambre 20 n'est pas complètement obturée par la face supérieure du piston et où l'excès d'air a été admis en totalité dans la chambre de combustion pour parfaire l'oxydation des zone riches résiduelles grâce à l'oxygénation homogène de la charge sous l'effet des turbulences et la détente des gaz peut alors commencer.
Des conditions optimales de combustion sont réunies quand le brouillard de carburant se développe jusqu'au voisinage de la saillie 30 du piston qui a déjà pénétré à l'intérieur de la chambre. Il faut pour cela que les gaz brûlés 34 occupent dans la chambre un volume inférieur à celui de cette chambre lorsque la saillie 30 du piston parvient à l'entrée de la chambre.

Claims

REVENDICATIONS
1. Moteur à combustion interne comprenant au moins un cylindre (12) muni d'orifices d'admission (10) et d'échappement (22), un piston (14) déplaçable en mouvement alternatif dans le cylindre, une chambre de combustion (20) communiquant par un orifice avec le cylindre, des moyens d'admission dans le cylindre d'une charge fraîche (36) formée d'un mélange homogène d'air et de combustible gazeux, et des moyens (26) de commande de l'échappement qui retiennent dans la chambre de combustion (20) et dans le cylindre une certaine quantité de gaz brûlés (34), caractérisé en ce que le cylindre (12) contient, au début de la compression, un ensemble de gaz comprenant un volume de gaz brûlés (34) et un volume de charge fraîche (36) qui sont séparés l'un de l'autre par un volume intermédiaire (38) d'un mélange de gaz brûlés et de charge fraîche et qui sont refoulés successivement dans la chambre de combustion, d'abord les gaz brûlés, puis le volume intermédiaire de mélange, puis la charge fraîche, en ce que le taux de compression effectif est insuffisant pour provoquer en fin de compression un auto-allumage dans la charge fraîche (36) dans le cylindre et est suffisant pour provoquer un allumage à partir d'un point chaud dans le volume intermédiaire (38) de mélange de gaz brûlés et de charge fraîche qui a été refoulé dans la chambre de combustion, et en ce que le moteur comprend des moyens pour introduire progressivement la charge fraîche dans la chambre de combustion afin d'y confiner et développer la combustion.
2. Moteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le point chaud dans le volume (38) de mélange de gaz brûlés et de charge fraîche est créé par auto-allumage par compression.
3. Moteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le point chaud dans le volume (38) de mélange de gaz brûlés et de charge fraîche est créé par une étincelle électrique.
4. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la richesse de la charge fraîche (36) admise dans le cylindre est insuffisante pour générer des oxydes d'azote dans les gaz brûlés.
5. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la richesse de la charge fraîche (36) admise dans le cylindre est inférieure à 0,6 quand le combustible est de l'essence.
6. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre de combustion (20) est une cavité formée dans la culasse (18) et en ce que le piston (14) comprend, sur son extrémité en regard de cette cavité, une saillie (30) destinée à pénétrer dans la cavité en fin de compression.
7. Moteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la chambre de combustion (20) est une cavité formée dans la face d'extrémité du piston et en ce que la culasse (18) comprend, sur sa surface en regard de cette cavité, une saillie (30) destinée à pénétrer dans cette cavité en fin de compression.
8. Moteur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'au voisinage du point mort haut du piston, la saillie (30) délimite avec l'orifice de la chambre de combustion (20) un conduit de section réduite dans lequel les gaz repoussés par le piston dans la chambre de combustion sont accélérés.
9. Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la vitesse de la charge fraîche (36) dans ce conduit de section réduite est supérieure à la vitesse de propagation de flamme dans ce passage.
10. Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le conduit a une dimension radiale suffisamment faible pour bloquer par coincement la propagation de la flamme.
11. Moteur selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que l'auto-allumage se produit après que la saillie (30) a pénétré dans l'orifice de la chambre de combustion (20).
12. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'auto-allumage se produit dans la chambre de combustion (20) pour un angle de vilebrequin compris entre 10 et 40° environ avant le point mort haut du piston.
13. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une bougie (28) du type à étincelles, débouchant dans la chambre de combustion, pour déclencher l'allumage du volume de mélange dans la chambre de combustion.
14. Moteur selon l'une des revendications 1 , 2, 6, 7, caractérisé en ce que le moteur comprend des moyens (54) d'injection dans la chambre de combustion d'une masse de carburant liquide qui est intégralement pulvérisée dans la masse de gaz brûlés (34) après que cette masse ait été refoulée dans la chambre de combustion et avant qu'elle se mélange à la charge fraîche (36').
15. Moteur selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'une quantité minimale de carburant est injectée par les moyens (54) pour déclencher la combustion de la charge fraîche.
16. Moteur selon la revendication 14, caractérisé en ce que la quantité de carburant injectée par les moyens (54) représente une proportion quelconque de la quantité totale du carburant consommé par cycle.
17. Moteur selon la revendication 14, caractérisé en ce que la totalité du carburant consommé par cycle est introduite dans le cylindre par les moyens d'injection (54).
18. Moteur selon la revendication 14, caractérisé en ce que le carburant liquide est injecté dans la zone de la masse de gaz brûlés la plus difficile à atteindre par la charge fraîche (36').
19. Moteur selon l'ensemble des revendications 6 et 14, caractérisé en ce que l'orifice d'échappement débouche au fond de la chambre de combustion (20) et est obturé par une soupape (24) coaxiale au cylindre et en ce que l'injecteur de carburant est monté à l'intérieur de la tige de la soupape d'échappement (24) coaxialement au cylindre.
20. Moteur selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'un injecteur de carburant (54) orienté sensiblement perpendiculairement à l'axe du cylindre est logé dans un alésage de la culasse (18) et débouche dans la chambre de combustion.
21. Moteur selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé en ce qu'il fonctionne sur un cycle à deux temps et que les orifices d'admission sont constitués par une couronne de lumières (10) situées dans le cylindre (12) immédiatement au dessus du piston (14) à son point mort bas et inclinées par rapport à une direction radiale du cylindre.
22. Moteur selon l'une des revendications 14 à 21 , caractérisé en ce qu'il comporte un conduit de recyclage externe de gaz d'échappement permettant d'injecter des gaz brûlés refroidis dans la charge fraîche comburante introduite dans le moteur.
23. Moteur selon la revendication 22, caractérisé en ce que le conduit de recyclage externe est équipé d'une vanne de réglage (48) pilotée pour que le taux massique de recyclage externe diminue quand le régime du moteur augmente.
24. Moteur selon l'une des revendications 14 à 22, caractérisé en ce que la fermeture de la soupape d'échappement (24) est retardée quand le régime du moteur augmente.
25. Procédé de combustion d'un mélange gazeux homogène d'air et de combustible dans un moteur à combustion interne comprenant au moins un cylindre (12) muni d'orifices d'admission et d'échappement, un piston (14) déplaçable en mouvement alternatif dans le cylindre, et une chambre de combustion (20) communiquant par un orifice avec le cylindre, caractérisé en ce qu'il consiste :
- à introduire une charge fraîche (36) du mélange précité dans une zone du cylindre éloignée de la chambre de combustion (20), - à retenir une charge de gaz brûlés (34) dans la chambre de combustion et dans une zone attenante du cylindre laissée libre par la charge fraîche,
- à limiter au minimum la zone (38) de mélange entre les deux charges,
- à comprimer l'ensemble de gaz ainsi formé en refoulant successivement dans la chambre de combustion la charge de gaz brûlés recyclés (34), puis la zone (38) de mélange entre les deux charges et enfin la charge fraîche (36), - à fixer le taux de compression effectif à une valeur insuffisante pour provoquer un auto-allumage par compression dans la charge fraîche et suffisante pour provoquer un allumage à partir d'un point chaud dans la zone de mélange (38) entre les deux charges présente dans la chambre de combustion, - à interdire la propagation de la combustion vers la charge fraîche
(36) encore présente dans le cylindre en accélérant l'écoulement dans un conduit reliant le cylindre et la chambre de combustion jusqu'à une vitesse supérieure à la vitesse locale de propagation de flamme ou par coincement de la flamme dans ce conduit, - à poursuivre la combustion de la charge fraîche au rythme de son transfert progressif dans la chambre de combustion, qui génère un mélange turbulent entre les gaz frais et les gaz chauds déjà présents suffisant pour entretenir une flamme de prémélange turbulente.
26. Procédé selon la revendication 25, caractérisé en ce que le point chaud dans le volume (38) de mélange de gaz brûlés et de charge fraîche est créé par auto-allumage par compression.
27. Procédé selon la revendication 25, caractérisé en ce que le point chaud dans le volume (38) de mélange de gaz brûlés et de charge fraîche est créé par une étincelle électrique.
28. Procédé selon l'une des revendications 25 à 27, caractérisé en ce que la richesse de la charge fraîche est inférieure à un seuil d'apparition des oxydes d'azote.
29. Procédé selon l'une des revendications 25 à 28, caractérisé en ce qu'il consiste à piloter l'auto-allumage dans la chambre de combustion
(20) par le réglage du taux de compression effectif en modifiant le calage angulaire de la fermeture du cylindre.
30. Procédé selon l'une des revendications 25 à 29, caractérisé en ce qu'il consiste à piloter l'auto-allumage dans la chambre de combustion (20) par le réglage de la masse de gaz brûlés (34) retenus dans la chambre de combustion pendant la compression par le piston (14).
31. Procédé selon l'une des revendications 25 à 30, caractérisé en ce qu'il consiste à piloter l'auto-allumage dans la chambre de combustion (20) par le réglage de la richesse de la charge fraîche (36) admise dans le cylindre.
32. Procédé selon l'une des revendications 25 à 31 , caractérisé en ce qu'il consiste à alimenter le moteur en mélange stoechiométrique ou riche pour son démarrage à froid et à déclencher l'allumage dans la chambre de combustion par une étincelle électrique.
33. Procédé de combustion selon la revendication 28, caractérisé en ce que :
- la combustion est déclenchée par l'injection d'un carburant liquide pulvérisé dans la zone de gaz brûlés (34) après qu'elle ait été refoulée dans la chambre de combustion et avant qu'elle se mélange à la charge fraîche (36)
- le taux de compression effectif est fixé à une valeur suffisante pour provoquer un auto-allumage sensiblement instantané du carburant pulvérisé dans la zone de gaz brûlés (34),
34. Procédé selon la revendication 33, caractérisé en ce que la charge fraîche est un mélange homogène d'air pur et de gaz brûlés refroidis recyclés extérieurement au moteur.
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