EP2417344A1 - Moteur a combustion interne et procédé de fonctionnement associé a un tel moteur - Google Patents

Moteur a combustion interne et procédé de fonctionnement associé a un tel moteur

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EP2417344A1
EP2417344A1 EP10716570A EP10716570A EP2417344A1 EP 2417344 A1 EP2417344 A1 EP 2417344A1 EP 10716570 A EP10716570 A EP 10716570A EP 10716570 A EP10716570 A EP 10716570A EP 2417344 A1 EP2417344 A1 EP 2417344A1
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EP
European Patent Office
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cylinder
cylinders
fuel
exhaust
internal combustion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10716570A
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German (de)
English (en)
Inventor
Anne-Sophie Quiney
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PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
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Publication date
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    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to the field of the automobile, and more particularly to the field of internal combustion engines comprising an exhaust gas recirculation circuit.
  • the exhaust gas recirculation (EGR, for the initials Exhaust Gas Recirculation) constitutes, for both gasoline engines and diesel engines, excellent method of reducing NOx emissions.
  • the principle of the EGR lies in the introduction of a given amount of exhaust gas to replace some of the fresh air at the intake of the engines.
  • the fact of reintroducing exhaust gases into the combustion chamber of the engine makes it possible, by reducing the oxygen concentration and the combustion temperature, to limit NOx formation reactions during combustion.
  • the document US4131095 describes a multi-cylinder internal combustion engine of which one of the cylinders is dedicated to be powered according to the engine load conditions either by a stoichiometric mixture of air and gasoline, or by a very rich mixture of air and fuel. essence (the richness being between 2.5 to 3.3). The very rich mixture is produced for low engine load conditions and the cylinder then produces combustion gases whose composition is similar to reforming gases, that is to say containing in particular carbon monoxide (CO). , unburned hydrocarbons (HC) and hydrogen (H 2 ).
  • Said dedicated cylinder comprises two exhaust valves and the combustion gases of the air / fuel mixture of this cylinder can be re-routed to the intake by means of an exhaust gas recirculation circuit extending from one first of the two exhaust valves to an intake duct specific to the other cylinders or can join the exhaust manifold with a pipe extending from the second exhaust valve to the exhaust manifold.
  • the dedicated cylinder is fed by the very rich air / gasoline mixture, the second valve is closed, the combustion gases from said cylinder are reinjected into the intake duct of the others cylinders and are mixed in substitution of gasoline with intake air to feed the other cylinders.
  • the dedicated cylinder like the other cylinders is fed by the stoichiometric air / fuel mixture, the first valve is closed to prevent recirculation of gas and the combustion gases are evacuated to the d-line. exhaust via the second valve.
  • the transition between the two operating modes is straightforward, that is, the motor switches from the first operating mode to the second operating mode from a predetermined demand load threshold.
  • Such a device has many disadvantages: it is unsuited to current standards for pollutant emission levels, it is not intended to control the amount of flue gas to be recirculated from the dedicated cylinder to the other cylinders.
  • the combustion of the very rich air / gasoline mixture does not make it possible to generate a large quantity of hydrogen, the device involves for the selection of the mode of operation valves of the selected cylinder an expensive and complex system of control by camshaft driven in translation .
  • the object of the invention is to overcome the drawbacks of the combustion engine according to the prior art by proposing a new combustion engine capable of meeting the current standards relating to pollutant emission levels, which can produce in a cylinder a larger quantity of fuel. 'hydrogen.
  • the invention therefore relates to a multi-cylinder internal combustion engine comprising air intake means, fuel supply means, means for exhausting the combustion gases produced by the cylinders, said engine comprising a first cylinder capable of operating in a rich mixture for generating hydrogen-laden combustion gases and a circuit for recirculating the combustion gases from the first cylinder to the air intake means, characterized in that the supply means are provided for supplying at least the first cylinder with a secondary fuel based on a hydrocarbon, or a mixture of hydrocarbons, having 1 to 4 carbon atoms and at least the other cylinders with a primary fuel different from the secondary fuel.
  • the invention may include one or more of the following features:
  • the engine further comprising a turbocharger provided with a compressor communicating with the air intake means and a turbine communicating with the exhaust means, the recirculation circuit extends exhaust means downstream of the turbine to the intake means upstream of the compressor. There is thus more space to implement the recirculation circuit.
  • the recirculation circuit extends from the exhaust manifold of the first cylinder to the air intake manifolds of the other cylinders.
  • the recirculation circuit comprises a valve for regulating the quantity of gas to be recirculated. There is thus a means of regulating the amount of recirculated gas that is reliable and economical.
  • the secondary fuel is based on methane. Indeed, as hydrocarbon, methane is able to provide the largest amount of hydrogen in the context of the invention because it represents the best hydrogen / carbon ratio
  • the engine is of the compression ignition type. Indeed, compression ignition engines have the best combustion efficiency.
  • the first cylinder is fed with a mixture of primary fuel and secondary fuel, to obtain a rich mixture whose products of combustion will be, thanks to the formulation of the secondary fuel loaded with hydrogen.
  • the primary fuel is based on diesel or biodiesel.
  • the subject of the invention is also a method of operating an internal combustion engine according to the invention, characterized in that the first cylinder is fed with a rich mixture and the other cylinders with a lean mixture, a part hydrogen-laden combustion gases produced by the first cylinder are readmitted to promote combustion in the other cylinders.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the engine according to the invention.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a second preferred embodiment of the engine according to the invention.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a third embodiment of the engine according to the invention.
  • Figure 1 is presented an internal combustion engine 1 according to a first preferred embodiment of the invention.
  • the engine 1 is a multicylinder engine, preferably of the compression ignition type, such as a diesel engine.
  • the engine 1 comprises four cylinders 2, 3, 4 and 5.
  • the cylinders 2, 3, 4 and 5 are supplied with air by intake means 6.
  • the intake means 6 comprise a main air duct 7 connected to intake ducts or ducts 8, 9, 10, 1 1.
  • the intake ducts 8, 9, 10, 11 distribute the air of duct 7 respectively in cylinders 2, 3, 4 and 5.
  • the cylinders 2, 3, 4 and 5 are supplied with fuel by supply means 12.
  • the supply means 12 comprise a first supply circuit 13 connected to injectors 15, 16, 17, 18 implanted so as to injecting said fuel directly respectively into the cylinders 2, 3, 4 and 5.
  • the primary fuel is based on diesel or biodiesel.
  • diesel fuel is a petroleum product, here we mean by biodiesel, a biofuel capable of operating a diesel engine obtained from vegetable or animal oil, transformed by a chemical process such as transesterification by reacting this oil with an alcohol or hydrogenation. Biodiesel can be used alone in the engine or mixed with diesel fuel.
  • the supply means 12 also comprise a second supply circuit 14 of a secondary fuel connected to injectors 19, 20, 21, 22.
  • the injectors 19, 20, 21, 22 are located in their respective intake manifold. 8, 9, 10, 1 1 so as to indirectly inject said secondary fuel into the corresponding cylinders 2, 3, 4 and 5.
  • the secondary fuel is based on a hydrocarbon or a mixture of hydrocarbons having 1 to 4 carbon atoms and the secondary fuel is different from the primary fuel. More preferably, the secondary fuel is based on methane. In practice, a natural gas, such as town gas is therefore very suitable.
  • the engine 1 comprises exhaust means 23 of the gases produced by the combustion of the mixture of air and fuel introduced into the cylinders.
  • the exhaust means comprise an exhaust line 24 connected to exhaust pipes 25, 26, 27, 28.
  • the exhaust pipes 25, 26, 27, 28 collect the exhaust gases to transmit them to the exhaust system. exhaust line 23.
  • the engine 1 comprises a circuit 29 for recirculating the exhaust gases.
  • the exhaust gas recirculation circuit 29 (or EGR circuit corresponding to the acronym for Exhaust Gas Recirculation) preferably comprises a valve 30 for regulating the amount of exhaust gas to be recirculated.
  • the EGR circuit 29 is implanted in such a way that it takes the combustion gases coming from the first cylinder 2 to transmit them to the other cylinders 3, 4, 5.
  • the EGR circuit 29 is connected, on the exhaust side, to the exhaust pipe 25 of the first cylinder 2 and admission side to the intake manifolds 9, 10, 1 1 of the other cylinders 3, 4, 5.
  • the EGR circuit 29 is advantageously connected upstream of the pipes. intake 9, 10, 1 1 of the other cylinders 3, 4, 5, downstream of a separation 32 with the intake manifold 8, to avoid or at least limit as much as possible to reinject gas from recirculated exhaust in the first cylinder 2.
  • the valve 30 is advantageously an EGR valve capable of modulating the flow rate of the exhaust gas passing through it such that the automobile industry uses it, because it represents a technical solution which is inexpensive and technically reliable to ensure the function of regulating the gas flow rate. exhaust from the first cylinder 2.
  • the first cylinder 2 is fed with a rich mixture of first richness ⁇ i greater than 1, the other cylinders 3, 4 and 5 with a lean mixture of second richness ⁇ 2 of less than 1 and the EGR valve 30 is fully or partially open to allow the readmission of part of the hydrogen-laden combustion gases produced by the first cylinder 2 by the circuit 29 EGR to intake manifolds 9, 10, 1 1 to promote combustion in others cylinders 3, 4, 5.
  • the valve 30 ensures, according to its opening, a distribution between the amount of gas recirculated by the EGR circuit 29 and the amount of exhaust gas sent to the exhaust line 24.
  • a motor 1 as represented in FIG. 1, comprising four cylinders the combustions follow one another: the first cylinder 2 burns its mixture then successively the others.
  • the valve 30 When the valve 30 is open, such an EGR valve having in itself insufficient response time to open and close at the rate of the cycles of the first cylinder 2, it remains open during the exhaust phases of the other cylinders 3, 4, 5. A fraction of the exhaust gases of the other cylinders 3, 4, 5 can thus recirculate towards the intake means 6 by this valve 30.
  • the mass of hydrogen recirculated towards the other cylinders 3, 4, 5 remains generally the same and this does not pose a problem on the operation of the engine according to the invention.
  • the first cylinder is fed with a mixture of primary fuel and secondary fuel. More specifically, the first wealth ⁇ i is obtained by admitting in the first cylinder 2 a mixture of air from the tubing 8 and natural gas injected by the gas injector 19 in the required proportions. The mixture is then compressed and an injection of diesel fuel via the injector 15 makes it possible to ignite the rich mixture. This injection of diesel can be reduced to just necessary to ensure ignition of the mixture, which is favorable to the CO 2 emission balance of the first cylinder 2 and thus the engine.
  • the invention makes it possible, thanks to the use of natural gas, to produce a larger molar amount of hydrogen (H 2 ).
  • H 2 molar amount of hydrogen
  • Natural gas is typically made up of more than 90% methane (CH 4 ).
  • the CH 4 molecule has an H / C ratio between the number of hydrogen atoms (H) and the number of carbon atoms (C) of 4, which is higher than any other hydrocarbon fuel.
  • H / C ratio of a gasoline is typically between 1.7 and 1 .9.
  • Methane is therefore the most favorable compound for the greatest production of molar amounts of H 2 .
  • the presence of hydrogen from the exhaust gases of the first cylinder 2 promotes the combustion of poor mixtures (second richness ⁇ 2 less than 1) in the other cylinders 3, 4, 5, because it allows a substantially faster combustion.
  • the engine 1 thus has an increased EGR tolerance, and, therefore, allows the reduction of NOx emissions without degradation of other polluting emissions (CO and HC).
  • the four cylinders 2, 3, 4, 5 operate at the same richness and the valve 30 is closed so as to prohibit the recirculation of the exhaust gases. exhaust of the first cylinder 2 by the EGR circuit 29.
  • the valve 30 further allows the passage of the exhaust gases from the first cylinder 2 to the exhaust line 24.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the engine according to the invention. Identical elements have the same references. This second embodiment differs from the first embodiment in that it further comprises in its architecture a turbocharger 31.
  • the turbocharger 31 comprises a compressor C rotatably connected to a turbine T.
  • the compressor C is disposed in the path of the intake air in the main inlet duct 7 of the intake means 6 while the turbine T is disposed in the path of the exhaust gas passing through the exhaust line 24.
  • the passage of the exhaust gas in the turbine T rotates the latter which in turn drives the compressor C.
  • the intake air is sent compressed downstream of the compressor C to the cylinders 2, 3, 4, 5.
  • the recirculation circuit 29 is of the "high pressure" type, that is to say that it extends the exhaust means 23, upstream of the turbine T, to the means 6, downstream of the compressor C.
  • the upstream and downstream direction is relative to the flow direction of the fluids in the exhaust means 23 and amission 6. More precisely and preferably, the recirculation circuit 29 s' extends from the exhaust pipe 25 of the first cylinder 2 to the air intake pipes 9, 10, 1 1 of the other cylinders 3, 4, 5.
  • the EGR circuit 29 is advantageously connected to the intake manifolds of the other cylinders 3, 4, 5 downstream of the partition 32 with the intake manifold 8, in order to avoid or at the very least limit as much as possible to reinject recirculated exhaust gases into the first 2.
  • This second embodiment also allows the same operating modes of writings for the first embodiment, namely, an operation with EGR enriched in hydrogen, without EGR, or with EGR not enriched in hydrogen, or in diesel injection only.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the engine according to the invention. Identical elements have the same references.
  • the engine comprises the same way as for the second embodiment a turbocharger 31 and preferably, the recirculation circuit 29 is of the "low pressure" type, that is to say that it is extends exhaust means 23 downstream of the turbine T to the intake means 6 upstream of the compressor C.
  • the exhaust pipe 25 of the first cylinder 2 is connected to the exhaust pipes 26, 27, 28 of the other cylinders 3, 4, 5.
  • the first cylinder 2 is fed with a rich mixture of first richness ⁇ i greater than 1, the other cylinders 3, 4 and 5 are fed with a second lean mixture ⁇ 2 less than 1, the EGR valve 30 placed downstream of the turbine T is open to allow the readmission of a portion of the exhaust gas containing hydrogen from the exhaust line 24 to the main intake pipe 7, upstream of the compressor C via the circuit 29 EGR.
  • the hydrogen enriched EGR gases mix with the intake air, pass through the compressor and are distributed in each of the cylinders 2, 3, 4, 5 of the engine 1 by the corresponding intake manifolds 8, 9, 10, 1 1.
  • This third embodiment is advantageous in the sense that it provides more space to implement the EGR circuit 29 and the EGR valve in the environment of the engine 1.
  • This third embodiment is also advantageous because it allows the production of hydrogen indifferently on one of the cylinders 2, 3, 4, 5 of the engine 1. It can thus be chosen to distribute the operating time in rich mode for the production of hydrogen on each of the cylinders 2 , 3, 4, 5, in order for example to homogenize the operating conditions of said cylinders.
  • this embodiment is slightly less effective because the hydrogen produced is more diluted and its quantity can even decrease because of the thermodynamic equilibrium which varies with temperature.
  • the engine 1 may be of the gasoline controlled ignition type.
  • the primary fuel is then a gasoline or any other fuel suitable for spark ignition engines such as for example mixtures comprising ethanol such as E85.
  • the supply means 12 comprise a second secondary fuel supply circuit 14, such as natural gas, connected to injectors 19, 20, 21, 22.
  • each injectors 19, 20, 21, 22 are implanted in its corresponding cylinder 2, 3, 4 and 5 so as to inject said fuel directly.
  • the supply means 12 comprise a second secondary fuel supply circuit 14, such as natural gas, connected only to the first cylinder 2.
  • a second secondary fuel supply circuit 14 such as natural gas
  • the natural gas can be replaced by LPG.
  • LPG LPG
  • this fuel allows a greater capacity of storage but as it consists of hydrocarbons more loaded with carbon than the methane of natural gas, the balance of hydrogen and CO 2 are less interesting.
  • the recirculation circuit 29 comprising the EGR valve 30 extends from the exhaust line 23 downstream of the exhaust pipes 25, 26, 27, 28, to the duct 7 main air intake.
  • This variant has as for the third embodiment shown in Figure 3 the advantage of allowing the production of hydrogen indifferently on one of the cylinders 2, 3, 4, 5 of the engine 1.
  • this variant is also slightly less effective in the sense that the produced hydrogen is more diluted and its quantity can even decrease because of the thermodynamic equilibria which vary with the temperature.
  • the main advantage of the invention is to increase the engine's EGR tolerance and to allow the combustion of homogeneous poor mixtures close to the flammability limit, which allows us to achieve a notable gain in CO 2 emission while also cleaning up efficiently at source the NOx emissions.

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Abstract

L'invention concerne un moteur à combustion interne multicylindres comprenant des moyens d'admission (6) d'air, des moyens d'alimentation (12) en carburant, des moyens d'échappement (23) des gaz de combustion produits par les cylindres (2, 3, 4, 5), ledit moteur comportant un premier cylindre (2) apte à fonctionner en mélange riche afin de générer des gaz de combustion chargés en hydrogène et un circuit (29) permettant la recirculation des gaz de combustion du premier cylindre (2) vers les moyens d'admission (6) d'air, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation (12) sont prévus pour alimenter au moins le premier cylindre (2) avec un carburant secondaire à base d'un hydrocarbure, ou d'un mélange d'hydrocarbures, ayant entre 1 et 4 atomes de carbone et au moins les autres cylindres (3, 4, 5) avec un carburant primaire différent du carburant secondaire. L'invention a aussi pour objet un procédé de fonctionnement d'un moteur selon l'invention.

Description

Moteur à combustion interne et procédé de fonctionnement associé à un tel moteur
Domaine technique de l'invention La présente invention concerne le domaine de l'automobile, et plus particulièrement le domaine des moteurs à combustion interne comprenant un circuit de recirculation des gaz d'échappement.
Arrière-plan technologique Les contraintes dues aux normes, par exemple les normes européennes dites Euro V, relatives aux niveaux d'émissions polluantes générées par le fonctionnement des moteurs à combustion interne, deviennent de plus en plus en plus sévères, notamment en ce qui concerne les oxydes d'azote (NOx).
Parmi les moyens mis en œuvre pour dépolluer les gaz d'échappement, le recyclage des gaz d'échappement (EGR, pour les initiales de l'expression Exhaust Gas Recirculation) constitue, tant pour les moteurs à essence que les moteurs Diesel, une excellente méthode de réduction des émissions de NOx. Le principe de l'EGR réside dans l'introduction d'une quantité donnée de gaz d'échappement en remplacement d'une partie de l'air frais à l'admission des moteurs. Le fait de réintroduire des gaz d'échappement dans la chambre de combustion du moteur permet, par la réduction de la concentration en oxygène et de la température de combustion de limiter les réactions de formation des NOx pendant la combustion.
D'un point de vue physico-chimique, on constate que la vitesse de flamme diminue fortement avec la présence d'un système EGR. Même un recours à une augmentation de la turbulence ne peut pallier ce déficit de vitesse que l'on peut qualifier de « chimique ».
On a pu également constater que l'enrichissement du système EGR en hydrogène permet d'augmenter de manière importante la vitesse de flamme et ainsi de contrebalancer l'effet cinétique de la dilution due au système EGR.
Il est connu, comme le décrit le document FR2880657, de produire de l'hydrogène par une opération physico-chimique dite de «reformage», en faisant réagir des molécules de carburant avec une partie de la vapeur d'eau contenus dans les gaz d'échappement pour produire de l'hydrogène. Cependant, il est nécessaire de conduire les réactions chimiques de reformage à température élevée, ce qui impose de prévoir des systèmes de chauffage auxiliaires consommateur d'énergie.
Le document US4131095 décrit un moteur à combustion interne multicylindres dont un des cylindres est dédié à être alimenté en fonction des conditions de charge moteur soit par un mélange stœchiométrique d'air et d'essence, soit par un mélange très riche d'air et d'essence (la richesse étant comprise entre 2,5 à 3,3). Le mélange très riche est réalisé pour des conditions de charge moteur faible et le cylindre produit alors des gaz de combustion dont la composition s'apparente à des gaz de reformage, c'est-à-dire contenant notamment du monoxyde de carbone (CO), des hydrocarbures imbrûlés (HC) et de l'hydrogène (H2).
Ledit cylindre dédié comporte deux soupapes d'échappement et les gaz de combustion du mélange air/essence de ce cylindre peuvent être réacheminés vers l'admission à l'aide d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement s'étendant d'une première des deux soupapes d'échappement vers un conduit d'admission spécifique aux autres cylindres ou peuvent rejoindre le collecteur d'échappement à l'aide d'une conduite s'étendant de la seconde soupape d'échappement au collecteur d'échappement.
Ainsi, dans un premier mode de fonctionnement, à charge faible, le cylindre dédié est alimenté par le mélange air/essence très riche, la seconde soupape est fermée, les gaz de combustion issus dudit cylindre sont réinjectés dans le conduit d'admission des autres cylindres et sont mélangés en substitution de l'essence avec de l'air d'admission pour alimenter les autres cylindres.
Dans un second mode de fonctionnement, à forte charge, le cylindre dédié comme les autres cylindres est alimenté par le mélange air/essence stœchiométrique, la première soupape est fermée pour empêcher la recirculation de gaz et les gaz de combustion sont évacués vers la ligne d'échappement via la deuxième soupape.
La transition entre les deux modes de fonctionnement est directe, c'est-à-dire que le moteur passe du premier mode de fonctionnement au second mode de fonctionnement à partir d'un seuil de charge demandé prédéterminé.
Cependant, un tel dispositif présente de nombreux inconvénients : il est inadapté aux normes actuelles relatives aux niveaux d'émissions polluantes, il n'est pas prévu pour contrôler la quantité de gaz de combustion à faire recirculer du cylindre dédié vers les autres cylindres. La combustion du mélange très riche air/essence ne permet pas de générer une grande quantité d'hydrogène, le dispositif fait intervenir pour la sélection du mode de fonctionnement soupapes du cylindre choisi un système coûteux et complexe de commande par arbre à cames piloté en translation.
L'invention a pour but de pallier les inconvénients du moteur à combustion selon l'art antérieur en proposant un nouveau moteur à combustion apte à respecter les normes actuelles relatives aux niveaux d'émissions polluantes, pouvant produire dans un cylindre une quantité plus importante d'hydrogène.
L'invention concerne donc un moteur à combustion interne multicylindres comprenant des moyens d'admission d'air, des moyens d'alimentation en carburant, des moyens d'échappement des gaz de combustion produits par les cylindres, ledit moteur comportant un premier cylindre apte à fonctionner en mélange riche afin de générer des gaz de combustion chargés en hydrogène et un circuit permettant la recirculation des gaz de combustion du premier cylindre vers les moyens d'admission d'air, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation sont prévus pour alimenter au moins le premier cylindre avec un carburant secondaire à base d'un hydrocarbure, ou d'un mélange d'hydrocarbures, ayant entre 1 et 4 atomes de carbone et au moins les autres cylindres avec un carburant primaire différent du carburant secondaire.
En effet, plus le nombre d'atome de carbone d'un hydrocarbure est bas, plus le ratio entre le nombre d'atomes d'hydrogène et le nombre d'atomes de carbone est élevé, et plus l'excès de carburant se traduira, après combustion, par une présence importante d'hydrogène dans les produits de combustion.
Par ailleurs, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le moteur comportant de plus un turbocompresseur muni d'un compresseur communiquant avec les moyens d'admission d'air et une turbine communiquant avec les moyens d'échappement, le circuit de recirculation s'étend des moyens d'échappement en aval de la turbine aux moyens d'admission en amont du compresseur. On dispose ainsi de plus d'espace pour implanter le circuit de recirculation.
- les moyens d'échappement comportant des tubulures d'échappement et les moyens d'admission comportant des tubulures d'admission d'air reliées à leur cylindre correspondant, le circuit de recirculation s'étend de la tubulure d'échappement du premier cylindre vers les tubulures d'admission d'air des autres cylindres. On a ainsi un circuit de recirculation court et efficace dans lequel on prélève « à la source » les produits de combustion du premier cylindre chargés en hydrogène pour les réadmettre dans les cylindres dont la combustion est à améliorer.
- le circuit de recirculation comprend une vanne pour réguler la quantité de gaz à recirculer. On a ainsi un moyen de régulation de la quantité de gaz recirculés fiable et économique.
- le carburant secondaire est à base de méthane. En effet, en tant qu'hydrocarbure, le méthane est apte à fournir la plus grande quantité d'hydrogène dans le cadre de l'invention car il représente le meilleur ratio hydrogène /carbone
- le moteur est du type à allumage par compression. En effet les moteurs à allumage par compression ont les meilleurs rendements de combustion.
- le premier cylindre est alimenté par un mélange de carburant primaire et de carburant secondaire, pour obtenir un mélange riche dont les produits de combustion seront, grâce à la formulation du carburant secondaire chargés en hydrogène.
- le carburant primaire est à base de gazole ou de biodiesel.
Par ailleurs, l'invention a aussi pour objet un procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion interne selon l'invention, caractérisé en ce que l'on alimente le premier cylindre en mélange riche et les autres cylindres en mélange pauvre, une partie des gaz de combustion chargés d'hydrogène produits par le premier cylindre étant réadmis afin de favoriser la combustion dans les autres cylindres.
Le procédé de l'invention peut comporter la caractéristique suivante :
- il comprend les étapes d'admission d'un mélange riche d'air et de carburant secondaire, de compression du mélange riche et d'injection de carburant primaire pour allumer le mélange riche. Ainsi la quantité de carburant primaire est limitée à la quantité nécessaire pour amorcer la combustion, ce qui est favorable au bilan de CO2.
Brève description des dessins D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :
- La figure 1 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation du moteur selon l'invention.
- La figure 2 est une représentation schématique d'un second mode de réalisation préféré du moteur selon l'invention.
- La figure 3 est une représentation schématique d'un troisième mode de réalisation du moteur selon l'invention.
Description détaillée
Sur la figure 1 est présenté un moteur à combustion interne 1 selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention.
Le moteur 1 est un moteur multicylindres, de préférence, du type à allumage par compression, tel qu'un moteur Diesel. Le moteur 1 comprend quatre cylindres 2, 3, 4 et 5. Les cylindres 2, 3, 4 et 5 sont alimentés en air par des moyens d'admission 6. Les moyens d'admission 6 comprennent un conduit 7 d'air principal relié à des conduits ou tubulures d'admission 8, 9, 10, 1 1. Les tubulures d'admission 8, 9, 10, 1 1 répartissent l'air du conduit 7 respectivement dans les cylindres 2, 3, 4 et 5.
Les cylindres 2, 3, 4 et 5 sont alimentés en carburant par des moyens d'alimentation 12. Les moyens d'alimentation 12 comprennent un premier circuit d'alimentation 13 relié à des injecteurs 15, 16, 17, 18 implantés de manière à injecter directement ledit carburant respectivement dans les cylindres 2, 3, 4 et 5. De préférence le carburant primaire est à base de gazole ou de biodiesel. Alors que le gazole est un produit pétrolier, on entend ici par biodiesel, un biocarburant apte à faire fonctionner un moteur de type Diesel obtenu à partir d'huile végétale ou animale, transformée par un procédé chimique tel que de la transestérification en faisant réagir cette huile avec un alcool ou d'hydrogénation. Le biodiesel peut être utilisé seul dans le moteur ou mélangé avec du gazole.
Les moyens d'alimentation 12 comprennent aussi un second circuit d'alimentation 14 d'un carburant secondaire relié à des injecteurs 19, 20, 21 , 22. Les injecteurs 19, 20, 21 , 22 sont implantés dans leur tubulure d'admission respective 8, 9, 10, 1 1 de manière à injecter indirectement ledit carburant secondaire dans les cylindres correspondants 2, 3, 4 et 5. De préférence, le carburant secondaire est à base d'un hydrocarbure ou d'un mélange d'hydrocarbures ayant entre 1 et 4 atomes de carbone et le carburant secondaire est différent du carburant primaire. De préférence encore, le carburant secondaire est à base de méthane. En pratique, un gaz naturel, tel que du gaz de ville convient donc fort bien.
Par ailleurs, le moteur 1 comprend des moyens d'échappement 23 des gaz produits par la combustion du mélange d'air et de carburant introduits dans les cylindres. Les moyens d'échappement comprennent une ligne d'échappement 24 reliée à des tubulures d'échappement 25, 26, 27, 28. Les tubulures d'échappement 25, 26, 27, 28 collectent les gaz d'échappement pour les transmettre à la ligne d'échappement 23.
Le moteur 1 , conformément à l'invention, comprend un circuit 29 de recirculation des gaz d'échappement. Le circuit 29 de recirculation des gaz d'échappement (ou circuit EGR correspondant à l'acronyme anglais pour Exhaust Gas Recirculation) comprend, de préférence une vanne 30 pour réguler la quantité de gaz d'échappement à faire recirculer. Le circuit 29 EGR est implanté de telle manière qu'il prélève les gaz de combustion issus du premier cylindre 2 pour les transmettre vers les autres cylindres 3, 4, 5. Dans ce but, le circuit 29 EGR est relié, coté échappement, à la tubulure d'échappement 25 du premier cylindre 2 et coté admission aux tubulures d'admission 9, 10, 1 1 des autres cylindres 3, 4, 5. Dans ce mode de réalisation, le circuit 29 EGR est avantageusement relié en amont des tubulures d'admission 9, 10, 1 1 des autres cylindres 3, 4, 5, en aval d'une séparation 32 avec la tubulure d'admission 8, afin d'éviter ou tout au moins limiter autant que possible de réinjecter des gaz de d'échappement recirculés dans le premier cylindre 2.
La vanne 30 est avantageusement une vanne EGR apte à moduler le débit des gaz d'échappement la traversant telle que l'industrie automobile en utilise, car elle représente une solution technique peu onéreuse et techniquement fiable pour assurer la fonction de régulation du débit de gaz d'échappement issu du premier cylindre 2.
Ainsi, dans ce mode de réalisation, pour les points de fonctionnement moteur pour lesquels de l'EGR enrichi en hydrogène est requis, on alimente le premier cylindre 2 avec un mélange riche de première richesse Φi supérieure à 1 , les autres cylindres 3, 4 et 5 avec un mélange pauvre de seconde richesse Φ2 inférieure à 1 et la vanne EGR 30 est tout ou partiellement ouverte afin de permettre la réadmission d'une partie des gaz de combustion chargés d'hydrogène produits par le premier cylindre 2 par le circuit 29 EGR vers les tubulures d'admission 9, 10, 1 1 afin de favoriser la combustion dans les autres cylindres 3, 4, 5. La vanne 30 assure, en fonction de son ouverture, une répartition entre la quantité de gaz recirculés par le circuit 29 EGR et la quantité de gaz d'échappement envoyé vers la ligne d'échappement 24.
Dans un moteur 1 tel que représenté à la figure 1 , comprenant quatre cylindres, les combustions se suivent : le premier cylindres 2 brûle son mélange puis successivement les autres. Quand la vanne 30 est ouverte, une telle vanne 30 EGR ayant en soi un temps de réponse insuffisant pour s'ouvrir et se fermer au rythme des cycles du premier cylindre 2, elle reste ouverte pendant les phases d'échappement des autre cylindres 3, 4, 5. Une fraction des gaz d'échappement des autres cylindres 3, 4, 5 peut ainsi recirculer vers les moyens d'admission 6 par cette vanne 30. Toutefois, la masse d'hydrogène recirculée vers les autres cylindres 3, 4, 5 reste globalement la même et cela ne pose pas de problème sur le fonctionnement du moteur selon l'invention.
De préférence, le premier cylindre est alimenté par un mélange de carburant primaire et de carburant secondaire. Plus précisément, La première richesse Φi est obtenue en admettant dans le premier cylindre 2 un mélange d'air issu de la tubulure 8 et de gaz naturel injecté par l'injecteur de gaz 19 dans les proportions requises. Le mélange est ensuite comprimé et une injection de gazole par l'injecteur 15 permet d'allumer le mélange riche. Cette injection de gazole, peut être réduite au juste nécessaire pour assurer l'allumage du mélange, ce qui est favorable au bilan d'émission de CO2 du premier cylindre 2 et donc du moteur.
D'une manière générale, l'excès de carburant se traduit après combustion par la présence importante dans les produits de combustion de monoxyde de carbone (CO), et d'hydrogène (H2). L'équation de combustion d'un hydrocarbure de formule générale CnHn, avec n et m, respectivement le nombre d'atomes de carbone et le nombre d'atome d'hydrogène dans la molécule d'hydrocarbure est la suivante :
lη + Im/ II CnHn + ^- (O2 + 3,78N2 ) ^ a1 • CO2 + Ot2 - H2O + Ot3 - CO + Ot4 - H2 + Ot5 N2 (1 )
Φ
Avec ai à α5 les fractions molaires des produits de combustion, et Φ la richesse du mélange déterminé par la relation, connue en soi, suivante :
L'invention, selon ce premier mode de réalisation, permet grâce à l'usage de gaz naturel, de produire une plus grande quantité molaire d'hydrogène (H2). En effet, l'avantage à générer de l'hydrogène à partir du gaz naturel est le suivant :
Le gaz naturel est classiquement constitué à plus de 90% de méthane (CH4). La molécule CH4 possède un rapport H/C entre nombre d'atomes d'hydrogène (H) sur le nombre d'atomes de carbone (C) de 4, soit plus élevé que n'importe quel autre carburant à base d'hydrocarbures. A titre indicatif, le rapport H/C d'une essence est typiquement compris entre 1.7 et 1 .9. Le méthane est donc le composé le plus favorable pour la plus grande production de quantité molaire de H2.
La présence d'hydrogène issu des gaz d'échappement du premier cylindre 2 favorise la combustion des mélanges pauvres (seconde richesse Φ2 inférieure à 1 ) dans les autres cylindres 3, 4, 5, car il permet une combustion sensiblement plus rapide. Le moteur 1 a ainsi une tolérance EGR accrue, et, par conséquent, permet la réduction des émissions NOx sans dégradation des autres émissions polluantes (CO et HC).
Pour les points de fonctionnement moteur pour lesquels de l'EGR enrichi en hydrogène n'est pas requis, les quatre cylindres 2, 3, 4, 5 fonctionnement à même richesse et la vanne 30 est fermée de manière à interdire la recirculation des gaz d'échappement du premier cylindre 2 par le circuit EGR 29. La vanne 30 autorise en outre le passage des gaz d'échappement du premier cylindre 2 vers la ligne d'échappement 24.
Ces modes de fonctionnement ne sont pas limitatifs. En effet, on peut par exemple aussi prévoir de faire fonctionner le moteur 1 avec de l'EGR sans enrichissement en hydrogène. Dans ce cas les quatre cylindres 2, 3, 4, 5 fonctionnent à même richesse et la vanne 30 est ouverte de manière à autoriser la recirculation d'au moins une partie des gaz d'échappement du premier cylindre vers les autres cylindres. On a aussi la liberté de pouvoir faire fonctionner les quatre cylindres 2, 3, 4, 5 du moteur 1 uniquement par de l'injection de gazole. La figure 2 présente un second mode de réalisation du moteur selon l'invention. Les éléments identiques reprennent les mêmes références. Ce second mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce qu'il comprend de plus dans son architecture un turbocompresseur 31. Le turbocompresseur 31 comprend un compresseur C relié en rotation à une turbine T. Le compresseur C est disposé sur le trajet de l'air d'admission dans le conduit principal d'admission 7 du moyen d'admission 6 tandis que la turbine T est disposée sur le trajet des gaz d'échappement traversant la ligne d'échappement 24. Le passage des gaz d'échappement dans la turbine T entraine en rotation cette dernière qui entraine à son tour le compresseur C. Ainsi, l'air d'admission est envoyé comprimé en aval du compresseur C vers les cylindres 2, 3, 4, 5.
Dans ce second mode de réalisation, de préférence le circuit de recirculation 29 est du type « haute pression » c'est-à-dire qu'il s'étend des moyens d'échappement 23, en amont de la turbine T, aux moyens d'admission 6, en aval du compresseur C. Le sens amont et aval est relatif au sens de circulation des fluides dans les moyens d'échappement 23 et d'amission 6. Plus précisément et de préférence, le circuit de recirculation 29 s'étend de la tubulure d'échappement 25 du premier cylindre 2 vers les tubulures d'admission 9, 10, 1 1 d'air des autres cylindres 3, 4, 5. Dans ce mode de réalisation, le circuit EGR 29 est avantageusement relié aux tubulures d'admission des autres cylindres 3, 4, 5 en aval de la séparation 32 avec la tubulure d'admission 8, afin d'éviter ou tout au mois limiter autant que possible de réinjecter des gaz de d'échappement recirculés dans le premier cylindre 2. Ce second mode de réalisation autorise aussi les mêmes modes de fonctionnement décrits pour le premier mode de réalisation, à savoir, un fonctionnement avec de l'EGR enrichi en hydrogène, sans EGR, ou avec de l'EGR non enrichi en hydrogène, ou encore en injection de gazole uniquement.
La figure 3 présente un troisième mode de réalisation du moteur selon l'invention. Les éléments identiques reprennent les mêmes références. Dans ce troisième mode de réalisation, le moteur comprend la même manière que pour le second mode de réalisation un turbocompresseur 31 et de préférence, le circuit de recirculation 29 est du type « basse pression » c'est-à-dire qu'il s'étend des moyens d'échappement 23 en aval de la turbine T aux moyens d'admission 6 en amont du compresseur C. Dans ce troisième mode de réalisation, la tubulure d'échappement 25 du premier cylindre 2 est reliée aux tubulures d'échappement 26, 27, 28 des autres cylindres 3, 4, 5. Ainsi, pour les points de fonctionnement moteur pour lesquels de l'EGR enrichi en hydrogène est requis, le premier cylindre 2 est alimenté avec un mélange riche de première richesse Φi supérieure à 1 , les autre cylindres 3, 4 et 5 sont alimenté avec un mélange pauvre de seconde richesse Φ2 inférieure à 1 , la vanne EGR 30 placée en aval de la turbine T est ouverte afin de permettre la réadmission d'une partie des gaz d'échappement contenant l'hydrogène de la ligne d'échappement 24 vers la conduite principale d'admission 7, en amont du compresseur C par l'intermédiaire du circuit 29 EGR. Les gaz EGR enrichis en hydrogène se mélangent avec l'air d'admission, traversent le compresseur et sont répartis dans les chacun des cylindres 2, 3, 4, 5 du moteur 1 par les tubulures d'admission correspondantes 8, 9, 10, 1 1.
Ce troisième mode de réalisation est avantageux dans le sens qu'il permet de disposer de plus d'espace pour implanter le circuit 29 EGR et la vanne 30 EGR dans l'environnement du moteur 1. Ce troisième mode de réalisation est aussi avantageux car il permet de réaliser la production d'hydrogène indifféremment sur l'un des cylindres 2, 3, 4, 5 du moteur 1. On peut ainsi choisir de répartir les temps de fonctionnement en mode riche pour la production d'hydrogène sur chacun des cylindres 2, 3, 4, 5, dans le but par exemple d'homogénéiser les conditions de vie en fonctionnement desdits cylindres. Cependant ce mode de réalisation est légèrement moins efficace car l'hydrogène produit est plus dilué et sa quantité peut même diminuer du fait des équilibres thermodynamiques qui varient avec la température.
L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits aux figures 1 à 3.
Selon une variante, le moteur 1 peut être du type par allumage commandé essence. Le carburant primaire est alors une essence ou tout autre carburant adapté aux moteurs à allumage commandé tel que par exemple des mélanges comprenant de l'éthanol comme L'E85.
Selon une autre variante de l'invention, les moyens d'alimentation 12 comprennent un second circuit d'alimentation 14 de carburant secondaire, tel que du gaz naturel, relié à des injecteurs 19, 20, 21 , 22. Dans cette variante, chacun des injecteurs 19, 20, 21 , 22 est implanté dans son cylindre correspondant 2, 3, 4 et 5 de manière à injecter directement ledit carburant.
Selon une autre variante, les moyens d'alimentation 12 comprennent un second circuit d'alimentation 14 de carburant secondaire, tel que du gaz naturel, relié seulement au premier cylindre 2. Ainsi tous les cylindres sont alimentés en carburant primaire et seul le premier cylindre 2 est alimenté en carburant secondaire. Cette variante est plus économique car elle ne nécessite qu'un seul injecteur à gaz, toutefois le bilan CO2 est moins intéressant.
Selon une autre variante, le gaz naturel peut être remplacé par du GPL. En effet ce carburant permet une plus grande capacité de stockage mais comme il est constitué d'hydrocarbures plus chargés en carbone que le méthane du gaz naturel, les bilans hydrogène et CO2 sont moins intéressants.
Selon une autre variante, le moteur 1 étant sans turbocompresseur 31 , le circuit 29 de recirculation comprenant la vanne EGR 30 s'étend de la ligne d'échappement 23 en aval des tubulures d'échappement 25, 26, 27, 28, au conduit principal d'admission 7 d'air. Cette variante présente comme pour le troisième mode de réalisation présenté en figure 3 l'avantage de permettre la production d'hydrogène indifféremment sur l'un des cylindres 2, 3, 4, 5 du moteur 1. Cependant cette variante est aussi légèrement moins efficace dans le sens où l'hydrogène produit est plus dilué et sa quantité peut même diminuer du fait des équilibres thermodynamiques qui varient avec la température.
L'invention a pour principal avantage d'augmenter la tolérance EGR du moteur et d'autoriser la combustion de mélanges pauvres homogènes proches de la limite d'inflammabilité, ce qui nous permet de réaliser un gain notable en émission de CO2 tout en dépolluant efficacement à la source les émissions de NOx.

Claims

Revendications
1 . Moteur à combustion interne multicylindres comprenant des moyens d'admission (6) d'air, des moyens d'alimentation (12) en carburant, des moyens d'échappement (23) des gaz de combustion produits par les cylindres (2, 3, 4, 5), ledit moteur comportant un premier cylindre (2) apte à fonctionner en mélange riche afin de générer des gaz de combustion chargés en hydrogène et un circuit (29) permettant la recirculation des gaz de combustion du premier cylindre (2) vers les moyens d'admission (6) d'air, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation (12) sont prévus pour alimenter au moins le premier cylindre (2) avec un carburant secondaire à base d'un hydrocarbure, ou d'un mélange d'hydrocarbures, ayant entre 1 et 4 atomes de carbone et les cylindres (2, 3, 4, 5) avec un carburant primaire différent du carburant secondaire.
2. Moteur à combustion interne selon revendication 1 , comportant de plus un turbocompresseur (31 ) muni d'un compresseur (C) communiquant avec les moyens d'admission (6) d'air et une turbine (T) communiquant avec les moyens d'échappement (23), caractérisé en ce que le circuit (29) de recirculation s'étend des moyens d'échappement (23) en aval de la turbine (T) aux moyens d'admission (6) en amont du compresseur (C).
3. Moteur à combustion interne selon la revendication 1 , les moyens d'échappement (24) comportant des tubulures d'échappement (25, 26, 27, 28) et les moyens d'admission (6) comportant des tubulures d'admission (8, 9, 10, 1 1 ) d'air reliées à leur cylindre (2, 3, 4, 5) correspondant, caractérisé en ce que le circuit (29) de recirculation s'étend de la tubulure d'échappement (25) du premier cylindre (2) vers les tubulures d'admission (9, 10, 1 1 ) d'air des autres cylindres (3, 4, 5).
4. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit (29) de recirculation comprend une vanne (30) pour réguler la quantité de gaz à recirculer.
5. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le carburant secondaire est à base de méthane.
6. Moteur à combustion interne selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que ledit moteur est du type à allumage par compression.
7. Moteur à combustion interne selon la revendication 6, caractérisé en ce que le premier cylindre (2) est alimenté par un mélange de carburant primaire et de carburant secondaire.
8. Moteur à combustion interne selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que le carburant primaire est à base de gazole ou de biodiesel.
9. Procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on alimente le premier cylindre (2) en mélange riche et les autres cylindres (3, 4, 5) en mélange pauvre, une partie des gaz de combustion chargés d'hydrogène produits par le premier cylindre (2) étant réadmis afin de favoriser la combustion dans les autres cylindres (3, 4, 5).
10. Procédé de fonctionnement selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes d'admission d'un mélange riche d'air et de carburant secondaire, de compression du mélange riche et d'injection de carburant primaire pour allumer le mélange riche.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9145837B2 (en) * 2011-11-29 2015-09-29 General Electric Company Engine utilizing a plurality of fuels, and a related method thereof
CN107882645B (zh) * 2012-06-28 2021-04-13 康明斯有限公司 用于控制专用egr发动机的技术
US9644528B2 (en) 2013-01-31 2017-05-09 Electro-Motive Diesel, Inc. Engine system with EGR over-pressure protection
US8931256B2 (en) 2013-01-31 2015-01-13 Electro-Motive Diesel, Inc. Engine system with passive regeneration of a filter in EGR loop
US9163586B2 (en) 2013-01-31 2015-10-20 Electro-Motive Diesel, Inc. Exhaust system having parallel EGR coolers
US9021785B2 (en) 2013-01-31 2015-05-05 Electro-Motive Diesel, Inc. Engine system for increasing available turbocharger energy
FR3002589B1 (fr) * 2013-02-26 2015-03-27 Peugeot Citroen Automobiles Sa Moteur de vehicule automobile avec reintroduction de gaz d'echappement
US9255552B2 (en) 2013-05-08 2016-02-09 Electro-Motive Diesel, Inc. Engine system having dedicated donor cylinders for EGR
FR3005997B1 (fr) * 2013-05-22 2015-06-19 Peugeot Citroen Automobiles Sa Moteur de vehicule automobile a recirculation de gaz d'echappement a refroidissement ameliore
FR3006712A1 (fr) * 2013-06-07 2014-12-12 Peugeot Citroen Automobiles Sa Moteur a combustion de vehicule automobile a production d'hydrogene dans une ligne de reintroduction de gaz d'echappement
US20140373528A1 (en) * 2013-06-20 2014-12-25 Paccar Inc Fixed positive displacement egr system
US9347367B2 (en) 2013-07-10 2016-05-24 Electro-Motive Diesel, Inc. System having dual-volute axial turbine turbocharger
US9518519B2 (en) 2013-11-04 2016-12-13 Cummins Inc. Transient control of exhaust gas recirculation systems through mixer control valves
US9845754B2 (en) 2013-12-23 2017-12-19 Cummins Inc. Control of internal combustion engines in response to exhaust gas recirculation system conditions
US10302026B2 (en) * 2014-05-06 2019-05-28 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for improving operation of a highly dilute engine
CN115387938B (zh) * 2022-09-22 2024-03-19 潍柴动力股份有限公司 发动机egr系统、车辆及发动机egr控制方法
PL443048A1 (pl) 2022-12-05 2024-06-10 Polski Koncern Naftowy ORLEN Spółka Akcyjna Sposób zasilania spalinowego silnika tłokowego paliwem gazowym zawierającym wodór i węglowodory

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007039313A1 (de) * 2007-08-20 2009-02-26 Stadtbahn Saar Gmbh Kraftstoffzuführungssystem für einen gleichzeitig mit unterschiedlichen Kraftstoffen betriebenen Verbrennungsmotor

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52113423A (en) * 1976-03-19 1977-09-22 Nissan Motor Co Ltd Quality-improved gas engine
DE3332034A1 (de) * 1983-09-06 1985-03-21 Volkswagenwerk Ag, 3180 Wolfsburg Gemischverdichtende, mehrzylindrige brennkraftmaschine
IT1269973B (it) * 1993-07-20 1997-04-16 Mtu Friedrichshafen Gmbh Dispositivo per diminuire le sostanze nocive nel funzionamento di motori a combustione interna a piu' cilindri
US6793910B1 (en) * 2002-10-02 2004-09-21 K. David Lyons Process to accomplish autothermal or steam reforming via a reciprocating compression device
US7261064B2 (en) * 2004-10-01 2007-08-28 General Electric Company System and method for reducing emission from a combustion engine

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007039313A1 (de) * 2007-08-20 2009-02-26 Stadtbahn Saar Gmbh Kraftstoffzuführungssystem für einen gleichzeitig mit unterschiedlichen Kraftstoffen betriebenen Verbrennungsmotor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2010116064A1 *

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FR2944056A1 (fr) 2010-10-08
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