EP3568579A1 - Valve-controlled ignition prechamber - Google Patents

Valve-controlled ignition prechamber

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EP3568579A1
EP3568579A1 EP18713713.8A EP18713713A EP3568579A1 EP 3568579 A1 EP3568579 A1 EP 3568579A1 EP 18713713 A EP18713713 A EP 18713713A EP 3568579 A1 EP3568579 A1 EP 3568579A1
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EP
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valve
ignition
chamber
cavity
lamination
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EP18713713.8A
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Vianney Rabhi
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    • F02B19/1085Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber with fuel injection at least into pre-combustion chamber, i.e. injector mounted directly in the pre-combustion chamber controlling fuel injection
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a valve ignition prechamber which makes it possible to ignite a main charge introduced into the combustion chamber of an internal combustion engine by means of a pilot charge ignited by a spark, said antechamber being designed to optimize the efficiency of said pilot charge to ignite said main charge.
  • the maximum and average efficiency of reciprocating internal combustion engines according to the state of the art is relatively low. In automobiles, the maximum efficiency is of the order of thirty-five percent for Otto-cycle spark ignition engines, and of the order of forty percent for Diesel cycle engines. With regard to the average efficiency in current use of automobile engines, it is most often less than twenty percent for spark ignition engines, and twenty-five percent for diesel engines.
  • the fraction of the energy released by the combustion of the fuel and which is not transformed into useful work is mainly dissipated in the form of heat in the cooling system and the exhaust of said engines.
  • the said feedstock is less sensitive to the uncontrolled self-ignition of the air-fuel mixture.
  • This self-ignition is responsible for rattling, an undesirable phenomenon characterized by a detonating combustion that deteriorates the efficiency of spark ignition engines and damages the mechanical components that constitute them.
  • the desensitization to rattling that provides the dilution of the load allows said engines to either operate at higher compression ratio, or to operate with ignition that is triggered at the most favorable time possible performance, or both.
  • the engines operating with stoichiometry are only compatible with a three-way catalyst, a device known per se that post-processes the pollutants resulting from combustion.
  • Said catalyst is responsible for burning hydrocarbons that have not been burned in the combustion chamber of the engine. The products of this combustion are water vapor and carbon dioxide already present in the atmosphere.
  • Said three-way catalyst also finalizes the oxidation of notoriously polluting carbon monoxide to also convert it to carbon dioxide, and reduces the nitrogen oxides to convert them into atmospheric dinitrogen which constitutes about seventy-eight percent of the carbon dioxide. terrestrial atmosphere, and which is by nature non-polluting.
  • the fuel energy in the charge begins to release as heat and the flame begins to expand.
  • said flame communicates its heat to the surrounding gas-EGR / gas-fresh mixture, burnable layer after burnable layer.
  • Each layer is brought to its ignition temperature by the previous layer, burns, and releases heat that it communicates to the next layer and so on.
  • the flame propagates in the three-dimensional space of the combustion chamber of the spark ignition engine.
  • cooled EGR makes the initialization of combustion difficult, and then considerably slows the development of the latter both because of the overall reduction of its temperature, and because of the heterogeneities of oxidant and / or fuel found in the volume of the combustion chamber and therefore, on the path of the flame.
  • the higher the cooled EGR charge content the more unstable the engine becomes. From a certain content, misfires occur and the efficiency - which hitherto tended to increase with the cooled EGR content of the charge - decreases. Beyond a certain content of said EGR, the spark ignition engine stops, the combustion is unable to initialize.
  • the spark ignition and high pressure lamination device for an internal combustion engine referred to in said patent proposes to inject under high pressure, in the center of the spark plug and shortly before the triggering of the spark, an approximately stoichiometric pilot charge, highly burnable because undiluted with cooled EGR, and potentially slightly rich in fuel.
  • said pilot charge bathing the electrodes of the candle as soon as an electric arc is formed between said electrodes, said charge ignites immediately and releases the energy it contains.
  • said load itself is the ignition means in itself whose power is several hundred to several thousand times greater than that of the electric arc that allowed to ignite. It is practically impossible to obtain such ignition power with electric means alone.
  • the maximum benefit of the cooled EGR would be found if it were possible to operate a spark ignition engine simultaneously with a main charge whose cooled EGR content is of the order of fifty percent on the one hand , and with a stability and a total combustion time comparable to those found on the same said engine when the latter burns an undiluted charge on the other hand.
  • the solution could come from the use of a prechamber into which the pilot charge would be introduced, said prechamber being able to house the electrodes of the spark plug and even to be an integral part of said spark plug as proposed in US Pat. No. 4,319,552.
  • the first advantage of such a prechamber is that it potentially maintains the pilot charge as close as possible to the electrodes of the spark plug, which can limit the dispersion of said charge in the main combustion chamber of the spark ignition engine before the fire of said charge.
  • the second advantage of said antechamber is that once ignited, the pilot charge pressurizes said prechamber which sends hot gas torches at high speed in the main combustion chamber of the spark ignition engine via orifices that includes said prechamber.
  • This firing of the main charge by means of torches is very effective because instead of starting from the center of the combustion chamber as is the case with an ordinary spark plug, the flame is initialized in multiple places of the combustion chamber, and develops radially from the periphery of the chamber to the center of the chamber, and tangentially between each torch.
  • the fuel energy is released in a very short time, which is favorable to the thermodynamic efficiency of the spark ignition engine because not only the relaxation is more productive in work, but the slightest sensitivity to rattling that results from a Such rapid combustion makes it possible to operate the engine with a significantly higher volumetric ratio.
  • said prechamber would eject through its orifices flares of hot gas with a high speed that both initialize the combustion over a great radial length around the ignition point, but also, would squint the flame front which would favor the development of the flame perpendicular to said torches.
  • the prechamber must have a protruding dome which penetrates sufficiently into the combustion chamber of the engine so that the holes expelled by said dome and by which the hot gases are ejected to form torches are positioned sufficiently to interior of said chamber so that said torches do not lick the cold internal walls of said engine.
  • the pressure in the combustion chamber of the engine rapidly becomes greater than that prevailing in the prechamber so that hot gases pass through the holes of the dome in the opposite direction, again heating the latter.
  • the pressure prevailing in said prechamber becomes greater than that prevailing in the combustion chamber of the engine.
  • the hot gases contained in the prechamber repass a third time through said holes, further overheating said dome.
  • the protruding dome behaves like a "hot ball” like the ignition system of the internal combustion engine invented by Stuart Herbert-Akroyd and described in the patent CHD4226 of December 4 1891.
  • Such a hot spot then potentially leads to inadvertent ignitions of the non-spark-controlled main charge.
  • the rattling that may follow is likely to damage or even destroy the spark ignition engine.
  • One solution may be to intensively cool said dome to prevent it from constituting a hot spot.
  • the resulting heat export is to the detriment of the efficiency of hot gas torches whose temperature and velocity are reduced when they pass through the holes in said dome, and on the other hand, the thermodynamic efficiency of the spark ignition engine.
  • the prechamber can not behave like a "hot-ball" ignition device as previously mentioned or at least that the initialization of the combustion of the main charge is triggered at the chosen moment, and not suffered at an uncontrolled time.
  • an air-fuel pilot load carried at high pressure is not energy free. It must first compress air, which requires a compressor driven by the spark ignition engine itself, and then inject fuel into said air. Another strategy may consist in directly compressing an air-fuel mixture previously constituted.
  • Another strategy may consist in directly compressing an air-fuel mixture previously constituted.
  • the pilot charge must contain the smallest amount of air-fuel mixture possible, previously put under the lowest possible pressure.
  • the beginning of the injection of the pilot load therefore takes place under a differential pressure greater than the end of said injection.
  • the speed of ejection of the gases constituting the pilot charge by the injector is greater at the beginning of the injection than at the end of the injection.
  • the pressure in the antechamber is lower than that prevailing in the compression chamber of the engine. Part of the main load therefore first enters said prechamber as said load is compressed.
  • the injector injects into the prechamber the pilot charge that mixes with the fraction of the main charge which has a high EGR content and which was previously introduced into said prechamber.
  • the flammability of the mixture thus constituted of air, fuel and EGR is therefore necessarily heterogeneous in the volume of the prechamber and out of the prechamber.
  • the efficiency of the pilot charge to ignite as quickly as possible is reduced as well as the effectiveness of the flaming gas torches to ignite the main charge.
  • the objective would be to give the device the ability to develop said combustion very rapidly until a fraction of at least ninety or one hundred percent of said fuel is burned. As previously mentioned, this could be achieved by means of a prechamber as suggested by US Pat. No. 4,319,552, but with the sole condition of circumventing the notorious or even crippling defects of such a prechamber. For this, it is necessary to significantly improve the efficiency of said prechamber which includes avoiding that it behaves like a "hot ball", to prevent the pilot charge is dispersed in the main chamber, and limit the amount of energy required to compress said pilot charge to same ignition efficiency.
  • the ignition pre-ignition chamber according to the invention provides:
  • valve ignition prechamber can be applied to any rotary ignition engine or internal combustion irrespective of the type, regardless of the gaseous fuel, liquid or solid that it consumes, and that its main charge is diluted with EGR cooled or not, with a neutral gas of any nature whatsoever, or with a gas rich in oxygen or any other oxidant.
  • pilot charge that receives the valve ignition prechamber according to the invention may contain a fuel and / or oxidant different from the fuel and / or oxidant which constitutes the main charge of the spark ignition engine.
  • the ignition prechamber according to the present invention is provided for an internal combustion engine which comprises a cylinder head which caps a cylinder to form a combustion chamber in which a main charge can be burned, said prechamber comprising: ⁇ At least one stratification cavity which is firstly arranged in the cylinder head and is connected to the combustion chamber by a stratification duct and which, on the other hand, receives a lamination injector which can directly or indirectly inject into said cavity a charge pilot previously pressurized by compression means, said load consisting of an AF fuel-fuel mixture easily ignitable by means of a spark;
  • a laminating valve which can seal all or part of the lamination duct and which exposes, on the one hand, a cavity-side face subjected to the pressure of the gases prevailing in the lamination cavity and, on the other hand, a chamber-side face subjected to the pressure of the gases prevailing in the combustion chamber, said laminating valve being able to translate with respect to said duct under the effect of the pressure of the gases either towards the lamination cavity when said pressure prevailing in the latter is less than the pressure prevailing in the combustion chamber, towards said chamber when the pressure in the latter is lower than the pressure in the lamination cavity; ⁇ At least one cavity-side check stopper that determines the position of the laminating valve closest to the laminating cavity;
  • the valve ignition pre-chamber comprises a laminating valve which closes all or part of the lamination duct when it is closer to the lamination cavity while it opens said duct on a larger section when positioned closest to the combustion chamber.
  • the valve ignition prechamber according to the present invention comprises a cavity-side valve stop which consists of a valve closure seat arranged in the lamination duct or at any of the ends of said duct, said cooperating seat. with a cavity-side valve seat that the lamination valve has at its periphery and / or at its end.
  • the valve ignition prechamber according to the present invention comprises a valve closure seat and a cavity-side valve seat which constitute a seal when in contact with each other, said sealing preventing any gas from passing through. at said contact when the pressure in the combustion chamber is greater than the pressure in the lamination cavity.
  • the valve ignition prechamber according to the present invention comprises a chamber-side valve stop which consists of a valve opening seat arranged in the lamination duct or at any of the ends of said duct, said cooperating seat with a chamber-side valve seat that the laminating valve has at its periphery and / or at its end.
  • the valve ignition prechamber according to the present invention comprises a valve opening seat and a chamber-side valve seat which provide a seal when in contact with each other so as to prevent any gas from passing through. at the level of said contact.
  • the valve ignition prechamber according to the present invention comprises a laminating valve which comprises in its periphery guiding means which maintain said valve approximately centered in the lamination duct, and approximately in the same longitudinal orientation as said duct and this, regardless of the axial position of said valve relative to said conduit.
  • the valve ignition prechamber according to the present invention provides that when the valve opening seat and the chamber side valve seat are in contact with each other, the laminating valve forms with the laminating duct a torch ignition prechamber which communicates simultaneously with the lamination cavity and with the combustion chamber via at least one gas ejection port.
  • the valve ignition pre-chamber according to the present invention comprises an inner peripheral wall of the ignition prechamber torch which is cylindrical while the laminating valve has a circular periphery and is housed with a small radial clearance in said prechamber.
  • the valve ignition pre-chamber according to the present invention comprises a lamination duct which projects into the combustion chamber in the form of a protruding ejection dome which houses the ignition prechamber and from which opens the flare gas ejection port.
  • the valve ignition pre-chamber according to the present invention comprises a valve opening seat which is arranged in the protruding ejection dome.
  • the ignition pre-ignition valve provides that when the laminating valve is positioned close to the combustion chamber that is to say in the vicinity or in contact with the chamber-side valve stopper with which it cooperates, said valve discovers at least one gas ejection port that connects the lamination cavity with the combustion chamber.
  • the ignition pre-ignition chamber comprises ignition means which consist of a spark plug which closes the first end of a perforated connecting tube which traverses all or part of the internal volume of the cavity layer and whose body is radially traversed by at least one radial lumen which connects the interior of said tube with said internal volume, while the second end of said tube receives the lamination duct and the laminating valve, and yet that the central electrode and the ground electrode of said spark plug are housed inside the perforated connecting tube.
  • ignition means consist of a spark plug which closes the first end of a perforated connecting tube which traverses all or part of the internal volume of the cavity layer and whose body is radially traversed by at least one radial lumen which connects the interior of said tube with said internal volume, while the second end of said tube receives the lamination duct and the laminating valve, and yet that the central electrode and the ground electrode of said spark plug are housed inside the perforated connecting tube.
  • the ignition prechamber according to the present invention comprises a cavity-side face which exposes an aerodynamic dome.
  • the ignition prechamber valve according to the present invention comprises a cavity-side face which forms a ground electrode which faces a central electrode that comprises a spark plug the latter constituting the ignition means.
  • the valve ignition prechamber comprises a laminating valve which is axially thicker at its periphery which receives the cavity-side valve seat and the chamber-side valve seat than at its center.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of the ignition prechamber valve according to the invention as it can be installed in the cylinder head of an internal combustion engine.
  • Figure 2 is a schematic sectional view of the valve ignition prechamber according to the invention, the laminating valve can completely close the lamination duct when the cavity-side valve seat that has said lamination valve is in contact with the seat shutter valve with which it cooperates, while said laminating valve forms a pre-ignition chamber by torch which is housed in a protruding ejection dome when said valve rests on its chamber-side valve stop.
  • Figures 3 to 8 are partial close-up views in schematic section of the ignition prechamber valve according to the invention and according to the particular configuration shown in Figure 2, said close-up views illustrating various phases of operation of said prechamber.
  • Figure 9 is a schematic sectional view of the ignition prechamber valve according to the invention incorporating the main features shown in Figure 2 to which is added a radially perforated connecting tube traversed by radial lumens, said tube passing through the internal volume of the lamination cavity and forming an integral part of a spark plug, while the cavity-side face of the lamination valve forms a ground electrode which faces a central electrode that includes said spark plug.
  • FIG. 10 is a three-dimensional view of the ignition prechamber with a flap according to the invention and according to the variant embodiment shown in FIG. 9.
  • Figure 1 1 is a three-dimensional view in broken longitudinal section of the ignition prechamber valve according to the invention and according to the embodiment shown in Figure 9.
  • Figure 12 is an exploded three-dimensional view of the ignition prechamber valve according to the invention and according to the embodiment shown in Figure 9.
  • FIGS 1 to 12 show the valve ignition prechamber 1, various details of its components, its variants, and its accessories.
  • FIG. 1 shows that the valve ignition pre-chamber 1 is specially designed for an internal combustion engine 2 which comprises a cylinder head 3 which caps a cylinder 4 to form a combustion chamber 5 with a piston 31 in which it can be burned a main charge 30.
  • valve ignition prechamber 1 comprises at least one lamination cavity 6 which, on the one hand, is arranged in the cylinder head 3 and is connected to the combustion chamber 5 by a lamination duct 7 and which, on the other hand, receives a lamination injector 8 which can directly or indirectly inject into said cavity 6 a pilot load 9 previously pressurized by compression means 10.
  • the pilot charge 9 is, according to the invention, constituted by an AF fuel-fuel mixture that is highly flammable by means of a spark.
  • the lamination injector 8 provided by the valve ignition pre-chamber 1 according to the invention and which can, directly or indirectly via an injector outlet duct 28, inject the charge pilot 9 in the lamination cavity 6.
  • the lamination injector 8 may be of any type without restriction, and may consist of any apparatus capable of introducing into the lamination cavity 6 according to any operating procedure whether it be a pilot charge 9 and this, that the fuel-fuel mixture AF that contains said charge 9 is formed upstream or downstream of said lamination injector 8 with the possible assistance of another injector either gas or liquid, or with the assistance of a carburetor known per se.
  • the lamination cavity 6 and the lamination duct 7 can advantageously be coated with a refractory material known per se, or be made of said material.
  • an air gap may be left between at least a portion of the lamination cavity 6 and / or the lamination duct 7, and the yoke 3 which receives these components 6, 7 of FIG. on the other hand, so as to limit heat exchanges between said components 6, 7 and said cylinder head 3.
  • the valve ignition prechamber 1 according to the invention comprises ignition means 1 1 which open into the lamination cavity 6 and which can ignite the pilot charge 9, said means 1 1 may consist of a spark plug 12 known per se. Still in FIGS.
  • valve ignition prechamber 1 comprises a laminating valve 13 which can seal in all or part of the laminating duct 7 and which exposes, on the one hand, a single face cavity side 14 subjected to the pressure of the gases prevailing in the lamination cavity 6 and secondly, a chamber side face 15 subjected to the pressure of the gases prevailing in the combustion chamber 1 January.
  • said laminating valve 13 can translate with respect to the stratification duct 7 under the effect of the pressure of the gases either towards the lamination cavity 6 when said pressure prevailing therein is lower than the pressure prevailing in the laminating cavity. combustion chamber 5, in the direction of said chamber 5 when the pressure prevailing therein is lower than the pressure prevailing in lamination cavity 6.
  • the laminating valve 13 can also move in the lamination duct 7 under the effect of gravity or acceleration, which can not be interpreted as any advantage or a desired mode of operation.
  • the laminating valve 13 may be made of a temperature-resistant superalloy and remain as light as possible, or of a ceramic material such as silicon carbide.
  • valve ignition pre-chamber 1 comprises at least one cavity-side valve stop 16 which determines the position of the laminating valve 13 closest to the cavity of the invention. 6. This is particularly visible in Figures 3 to 8.
  • the valve ignition pre-chamber 1 according to the invention comprises at least one chamber-side valve stop 17 which determines the position of the laminating valve 13 closest to the combustion chamber 5.
  • the laminating valve 13 may close all or part of the lamination duct 7 when it is closest to the lamination cavity 6 while it opens said duct 7 over a wider section when it is positioned closer to the combustion chamber 5.
  • the cavity-side valve stop 16 may consist of a valve closure seat 18 provided in the laminating duct 7 or at any of the ends of said duct 7, said seat 18 cooperating with a cavity-side valve seat surface 19 that the laminating valve 13 presents at its periphery and / or at its end.
  • shutter valve seat 18 and the cavity-side valve seat 19 may constitute a seal when they are in contact with each other, said sealing preventing any gas from passing to the level of said contact when the pressure in the combustion chamber 5 is greater than the pressure in the lamination cavity 6.
  • the chamber-side valve stop 17 may consist of a valve opening seat 20 arranged in the laminating duct 7 or at any of the ends of said duct 7, said seat 32 cooperating with a chamber-side valve seat 21 that the laminating valve 13 has at its periphery and / or at its end.
  • valve opening seat 20 and the chamber-side check valve seat 21 may provide a seal when in contact with each other so as to prevent any gas from passing at said contact.
  • FIGS. 3 to 8 and FIG. 12 clearly show that the laminating valve 13 may comprise in its periphery guide means 22 which hold said valve 13 approximately centered in the laminating duct 7, and approximately in the same longitudinal orientation as said duct 7 and this, regardless of the axial position of said valve 13 with respect to said duct 7.
  • the laminating valve 13 can form with the laminating duct 7 a torch ignition prechamber 23 which simultaneously communicates on the one hand with the laminating cavity 6 and on the other hand with the combustion chamber 5 via at least one gas ejection port 24.
  • the inner peripheral wall of the ignition prechamber torch 23 may be cylindrical while the laminating valve 13 has a circular periphery and is housed low radial clearance in said prechamber 23 so that a small radial clearance is left between said valve 13 and said wall regardless of the position of said valve 13 relative to said prechamber 23, said small clearance forming a restricted passage which slows down the passage of gas between the lamination cavity 6 and the combustion chamber 5.
  • FIGS. 1 to 12 show that according to a particular embodiment of the valve ignition prechamber 1 according to the invention, the lamination duct 7 can project into the combustion chamber 5 in the form of a dome protruding ejection 25 which houses the ignition pre-ignition chamber 23 and which opens the gas ejection orifice 24.
  • the gas ejection orifice 24 may be more or less oriented towards the chamber of combustion 5 and exit more or less tangentially to the periphery of the protruding ejection dome 25.
  • the geometry of the gas ejection orifice 24 may vary depending on whether the jet of gas leaving said orifice 24 is provided rather directional , or rather diffuse.
  • the gas ejection orifice 24 may be cylindrical, conical, or form a convergent or a divergent.
  • valve opening seat 20 can be arranged in the protruding ejection dome 25, the latter can be coated with antifriction material and / or non-stick and / or refractory known per se, or be made of said material.
  • the ignition means 11 may consist of a spark plug 12 which closes the first end of a perforated connecting tube 26 which passes all or part of the internal volume of the lamination cavity 6 and whose body is radially traversed by at least one radial slot 27 which connects the inside of said tube 26 with said internal volume, while the second end of said tube 26 receives the lamination duct 7 and the valve lamination 13, and while the central electrode 40 and the ground electrode 39 of said spark plug 12 are housed inside the perforated connecting tube 26.
  • the perforated connecting tube 26 may be part of the spark plug 12 which it extends the base.
  • the spark plug 12 is directly screwed into the cylinder head 3 by means of a threading formed on the outer cylindrical face of its base and / or on the outer cylindrical face of the perforated connecting tube 26 which extends it.
  • the spark plug 12 can be screwed into said tube 26 while the latter is screwed into the cylinder head 3.
  • a seal is made between the yoke 3 on the one hand and the candle 12 and / or the perforated connecting tube 26 on the other hand, both at the level of said spark plug 12 and at the lamination duct 7.
  • FIGS. 9 to 12 illustrate that the cavity-side face 14 can expose an aerodynamic dome 29 which makes it possible, in particular, to direct the flow of gas towards the gas ejection opening (s) 24 by offering the said flow as little resistance as possible and by generating in said flow the least possible turbulence.
  • FIGS. 1 to 12 show that according to a particular embodiment of the valve ignition prechamber 1 according to the invention, the cavity-side face 14 can form a ground electrode 39 which faces a central electrode 40 that comprises a spark plug 12 the latter constituting the ignition means 1 1, an electric arc can be formed between said ground electrode 39 and said central electrode 40 when a high-voltage current passes from said central electrode 40 to said electrode of mass 39.
  • Figures 1 to 12 further illustrate that the laminating valve 13 may be axially thicker at its periphery which receives the cavity-side valve seat 19 and the chamber-side valve seat 21, than at its center.
  • valve 13 gives said valve 13 a radial thickness which increases from the center of said valve 13 towards the periphery of the latter, so that said valve 13 is both the lightest possible and the most resistant to possible shocks, while ensuring its cooling most effectively possible at the contact between its valve seats 19, 21 and the seats 18, 20 with which cooperate said bearing surfaces 19, 21.
  • said prechamber 1 is implemented in an internal combustion engine 2 which comprises a cylinder head 3 which cap a cylinder 4 to form with a piston 31 a combustion chamber 5 in which can be burned a main charge 30.
  • piston 31 is connected to a crankshaft 37 via a connecting rod 38, said piston 31 printing said crankshaft 37 a rotational movement when said piston 31 is driven by an alternating translational movement in the cylinder 4 .
  • FIG. 1 also shows that the combustion chamber 5 can be placed in communication with an intake duct 32 via an intake valve 34 while said chamber 5 can be placed in communication with an exhaust duct 33 by means of a exhaust valve 35.
  • FIGS. 1 to 8 which will be taken here as examples to illustrate the operation of the valve ignition prechamber 1 according to the invention, show that said antechamber 1 is integrated with the cylinder head 3.
  • Said FIGS. 1 to 8 also show that the ignition means 1 1 here consist of a spark plug 12 known per se and whose electrodes open into the lamination cavity 6. Note also in FIGS.
  • the lamination injector 8 which can inject a pilot charge 9 into the lamination cavity 6 via an injector outlet duct 28.
  • the pilot charge 9 consisting of an easily flammable fuel-oxidant mixture AF has been pressurized by a laminating compressor 36 which forms the compression means 10.
  • a laminating compressor 36 which forms the compression means 10.
  • the volumetric ratio of the internal combustion engine 2 - out of volume of the ignition pre-ignition chamber 1 - is fourteen to one.
  • a volume swept by the piston 31 of five hundred cubic centimeters is provided while the volume of the combustion chamber 5 is thirty eight decimal five cubic centimeters.
  • the volume of the ignition pre-ignition chamber 1 - including the volume of the laminating duct 7 and that of the injector outlet duct 28 - here is half cubic centimeter.
  • the cavity-side valve stop 16 consists of a shutter seat valve 18 arranged in the lamination duct 7, said seat 18 cooperating with a cavity-side valve seat 19 that has the lamination valve 13 at its periphery.
  • valve closing seat 18 and the cavity-side valve seat 19 form a seal when in contact with each other, said sealing preventing any gas from passing at said contact when the pressure prevailing in the combustion chamber 5 is greater than the pressure prevailing in the lamination cavity 6.
  • the chamber-side valve stop 17 consists of a valve opening seat 20 arranged in the conduit laminating member 7, said seat 32 cooperating with a chamber-side valve seat 21 that the laminating valve 13 has at its periphery. This particular configuration is clearly visible in figures
  • valve opening seat 20 and the chamber-side valve seat 21 provide a seal when in contact with each other so as to prevent any gas from passing through the chamber. said contact.
  • the laminating valve 13 forms with the laminating duct 7 an annular ignition pre-chamber 23 of annular form, said pre-chamber 23 simultaneously communicating on the one hand with the lamination cavity 6, and on the other hand with the combustion chamber 5 via several gas ejection ports 24.
  • the inner peripheral wall of the ignition prechamber torch 23 is cylindrical while the laminating valve 13 has a circular periphery and is housed at low radial clearance in said prechamber 23 so that a small radial clearance is left between said valve 13 and said wall regardless of the position of said valve 13 with respect to said prechamber 23, said small clearance forming a restricted passage which brakes any passage of gas - via said small clearance - between the lamination cavity 6 and the combustion chamber 5.
  • the lamination duct 7 opens projecting into the combustion chamber 5 in the form of a protruding ejection dome 25 which houses the pre-ignition chamber by torch 23 and which open out the gas ejection orifices 24 which, according to this example, are oriented towards the combustion chamber 5. It will be noted in passing that the seat of open Valve 20 is arranged in the protruding ejection dome 25.
  • the cavity-side face 14 of the laminating valve 13 exposes an aerodynamic dome 29 which makes it possible, in particular, to direct the flow of gas towards the gas ejection orifices 24 by offering the said flow the least amount of gas. resistance and generating in said flow the least possible turbulence.
  • the laminating valve 13 is axially thicker at its periphery than at its center. This feature allows said valve 13 to be both the lightest possible and the most resistant to possible shocks, while ensuring its cooling as effectively as possible a level of contact between its valve seats 19, 21 and the seats 18, 20 with which cooperate said bearing surfaces 19, 21.
  • the laminating valve 13 can be made in a mechanically and thermally highly resistant superalloy.
  • the diameter of the ejection orifices gas 24 is equal to twelve hundredths of a millimeter while the maximum total travel that can traverse the laminating valve 13 between the shutter valve seat 18 and the valve opening seat 20 is worth fifteen hundredths of a millimeter.
  • cooled EGR substantially stoichiometric main air-fuel charge substantially diluted by cooled recirculated exhaust gases known as "cooled EGR".
  • Said charge 30 is therefore resistant to ignition and is in no way conducive to rapid development of its combustion in the three-dimensional space of the combustion chamber 5.
  • the pilot charge 9 which will be implemented by the valve ignition prechamber 1 according to the invention must have the greatest possible efficiency not only to initialize the combustion of the main charge 30, but also to develop said combustion in the shortest possible time. It is understood that these two objectives are directly served by the ignition prechamber valve 1 according to the invention.
  • the pilot charge 9 contains a comma six percent of the fuel contained in the main charge.
  • said pilot charge 9 consisting of an AF fuel-fuel mixture that is highly flammable by means of a spark.
  • the pressure prevailing in the combustion chamber 5 is lower than the pressure that prevails in the lamination cavity 6.
  • the laminating valve 13 remains plated on the seat of FIG. valve opening 20 with which it cooperates and the lamination cavity 6 is placed in communication with the combustion chamber 5 through the gas ejection ports 24 via the torch ignition pre-chamber 23.
  • said piston 31 compresses the main charge 30 and the pressure prevailing in the combustion chamber 5 becomes higher than that prevailing in the lamination cavity 6.
  • the pressure difference between said chamber 5 and said cavity 6 increases all the more rapidly as, on the one hand, the section of the gas ejection orifices 24 is small and, on the other hand, a small radial clearance is left between the stratification valve 13 and the inner wall of the ignition pre-chamber by torch 23, regardless of the position of said valve 13 relative to said prechamber 23.
  • the gases constituting the main charge 30 have virtually no other passage than that constituted by the gas ejection orifices 24.
  • shutter 18 is worth a few degrees of rotation of the crankshaft 37 or even one or two degrees only of said rotation, these values being given only as an indication.
  • the laminating valve 13 closes the lamination duct 7 and the combustion chamber 5 no longer communicates with the lamination cavity 6.
  • the pressure which continues to increase in the combustion chamber 5 due to the rise of the piston 31 in the cylinder 4 has no further effect on the pressure in the lamination cavity 6, said pressure remaining stable.
  • the flow rate of the injector has been calculated so that the pressure in the lamination cavity 6 remains always lower than that which prevails in the combustion chamber 5 so that the laminating valve 13 never takes off from the seat. shutter valve 18 with which it cooperates via its valve seat side cavity 19.
  • the pilot charge 9 consists of a highly flammable AF comburent-fuel mixture
  • the flame initialized by the spark plug 12 propagates very rapidly in the pilot charge 9, the temperature of which increases just as rapidly. , as well as the pressure in the lamination cavity 6.
  • the pressure in said cavity 6 is now twenty bars greater than that prevailing in the combustion chamber 5.
  • the hot gases have their pressure drop by 20 bar when they are heated. passing through the gas ejection orifices 24 so that their temperature falls around one thousand three hundred degrees.
  • said gases are animated with a high speed which allows them to penetrate deeply into the volume of the combustion chamber 5.
  • said hot gases ignite the surrounding gases constituting the main charge 30.
  • said surrounding gases are found animated by a high local velocity by said hot gases, said velocity materializing in the form of micro turbulence. The folding of the flame front resulting from said micro turbulence promotes the development of combustion, which propagates rapidly to the entire main charge 30 and in the entire volume of the combustion chamber 5.
  • the effectiveness of the ignition pre-ignition chamber 1 according to the invention in developing the said combustion is all the greater as the hot gas torches formed around the protruding ejection dome 25 ignite the charge. main 30 in multiple places of the combustion chamber 5.
  • combustion of said load 30 develops in a second phase radially from the periphery of said chamber 5 towards the center of said chamber 5, and tangentially between each flaming gas torch coming out of the ejection dome protruding through the gas ejection ports 24.
  • combustion-fuel mixture AF constituting the pilot charge 9 completely burned and largely ejected in the form of hot gas jets via the gas ejection orifices 24, combustion develops in the combustion chamber 5 and the pressure prevailing in the latter quickly becomes greater than that prevailing in the lamination cavity 6.
  • the chamber-side face 15 of the stratification valve 13 receives a pressure greater than that which is exerted on the cavity-side face 14 of the valve 13.
  • This situation is illustrated in FIG. 7. Since the combustion of the main charge 30 operates very rapidly despite the high content of "cooled EGR" of the said charge 30, the said combustion is completed only a few degrees of crankshaft 37 after the Top Dead Center of the piston 31. The thermodynamic efficiency of the internal combustion engine 2 will thus be able to be maximum because the trigger has barely started while the entire energy contained in the fuel constituting the main charge 30 has been released.
  • the piston 31 then starts its expansion stroke and begins to transform into work a large part of the heat of the hot and burned gases of the main charge 30. Said work is transmitted to the crankshaft 37 by said piston 31 via the connecting rod 38.
  • the chamber-side valve seat 21 of the laminating valve 13 returns to contact with the valve opening seat 20, as illustrated in FIG. 8.
  • the laminating valve 13 again completely uncovers the ejection of the gases 24 and the residual hot gases of the pilot charge 9 are ejected via said orifices 24 to be expanded by the piston 31, at the same time as the expansion of the main charge 30 is continued.
  • the exhaust valve 35 opens and the gases finish to relax in the exhaust duct 33 before being actively discharged by said piston 31 into said duct 33 when said piston 31 rises in the cylinder 4 towards its top dead center.
  • the lamination cavity 6 can finish expelling residual hot gases from the pilot charge 9 via the gas ejection ports 24. This expulsion can also continue during the admission phase which marks the start of a new four-stroke cycle of Otto or Beau de Rochas according to the usual sequencing.
  • the ignition prechamber valve 1 according to the invention has limited pressure injecting the pilot charge 9 at approximately twenty bars. This relatively low pressure has not only made it possible to limit the energy consumption of the laminating compressor 36, but also to limit the complexity thereof in that a single compression stage was sufficient to reach said pressure.
  • the time allowed for the lamination injector 8 to inject the pilot charge 9 into the lamination cavity 6 has been almost equivalent to the time allocated to the compression phase of the internal combustion engine 2 according to the cycle at four beats of Otto or Beau de Rochas. This made it possible, on the one hand, to limit the dynamics sought for said injector 8, and on the other hand, to limit the supply pressure of said injector 8. This contributes in particular to reducing the cost and the complexity of said injector 8 while giving it better reliability, and great durability.
  • the pilot charge 9 has maintained a maximum flammability which, combined with a pressure of only 20 bar when the spark plug 12 ignited said charge 9, has made it possible to limit the voltage to be applied across the terminals. of said spark plug 12 to obtain said firing. This results in a lower power consumption to power said candle 12, and increased durability of the latter.
  • the thermal load applied to the protruding ejection dome 25 has been reduced to a bare minimum in that the gases raised to high temperature have passed through the gas ejection orifices 24 only once, compared to three for any prechamber according to the state of the art, such prechamber being devoid of laminating valve 13.
  • This particularity has notably made it possible to prevent said dome from rising to too high a temperature and forming a hot spot liable to cause untimely and uncontrolled ignitions of the main charge leading to rattling and to the damage or even the
  • this propensity of the protruding ejection dome 25 to remain at low temperature makes it possible to provide a high compression ratio for the internal combustion engine 2, without the risk of knocking.
  • valve ignition prechamber 1 makes it possible to produce internal combustion engines 2 with controlled ignition operating under a high rate of cooled EGR, whatever the load and the speed of rotation of said engines 2, and without compromising the combustion stability of these.
  • the intake pressure of said engines 2 is naturally higher at partial loads than that of internal combustion engines 2 of the same design operating without cooled EGR. This reduces the pumping losses caused by the adjustment of the load by the intake pressure, said adjustment being for example operated by means of a butterfly.
  • the internal combustion engines 2 receiving the ignition prechamber valve 1 according to the invention have their thermal losses reduced, as is the amount of nitrogen oxides per kilowatt hour produced by said engines 2. This results from the fact that the combustion of the main charge 30 takes place at a lower average temperature thanks to the possibility offered by the ignition prechamber valve 1 according to the invention to introduce EGR cooled strong. proportions in said load 30.
  • the compression ratio of the internal combustion engines 2 can be expected to be higher than that of the said two operating engines without cooled EGR and this, without risk of rattling. This is favorable to the performance of said engines 2.
  • valve ignition pre-chamber 1 makes it less necessary to significantly reduce the displacement of the internal combustion engines 2 to iso-torque and iso-torque. -power by adding a supercharging, for example by turbocharger. Indeed, the supercharging may be either reduced or non-existent while maintaining high energy performance vis-à-vis the state of the art.
  • the valve ignition prechamber 1 according to the invention the internal combustion engines 2 are at moderate cost, with low fuel consumption and with low carbon dioxide emissions. , and whose post-treatment of pollutants is ensured by a simple three-way catalyst.
  • ignition prechamber valve 1 can be applied to other areas that only internal combustion engines.
  • Said antechamber 1 can for example be applied to gas nailers, firearms, or any device requiring the firing of a main load by means of a pilot load with the best possible efficiency.

Abstract

The valve-controlled ignition pre-chamber (1) is intended for an internal combustion engine (2) which has a combustion chamber (5) in which a main charge (30) more less diluted with a neutral gas is ignited, said prechamber (1) comprising a stratification cavity (6) into which ignition means (11) open and into which a stratification injector (8) can inject a pressurized readily-inflammable pilot charge (9), a stratification valve (13) being able to close off the stratification duct (7) in full or in part, notably under the effect of the pressure of the gases obtaining in the combustion chamber (11).

Description

PRECHAMBRE D'ALLUMAGE A CLAPET  PRE-CLAMP CHAMBER
La présente invention a pour objet une préchambre d'allumage à clapet qui permet d'allumer une charge principale introduite dans la chambre de combustion d'un moteur thermique à combustion interne au moyen d'une charge pilote mise à feu par une étincelle, ladite préchambre étant conçue pour optimiser l'efficacité de ladite charge pilote à allumer ladite charge principale. The present invention relates to a valve ignition prechamber which makes it possible to ignite a main charge introduced into the combustion chamber of an internal combustion engine by means of a pilot charge ignited by a spark, said antechamber being designed to optimize the efficiency of said pilot charge to ignite said main charge.
Le rendement maximal et moyen des moteurs thermiques à combustion interne alternatifs selon l'état de l'art est relativement faible. En automobile, ledit rendement maximal est de l'ordre de trente-cinq pour cent s'agissant des moteurs à allumage commandé à cycle d'Otto, et de l'ordre de quarante pour cent dans le cas des moteurs à cycle de Diesel. En ce qui concerne le rendement moyen en usage courant des moteurs automobiles, il est le plus souvent inférieur à vingt pour cents pour les moteurs à allumage commandé, et à vingt cinq pour cent pour les moteurs Diesel. The maximum and average efficiency of reciprocating internal combustion engines according to the state of the art is relatively low. In automobiles, the maximum efficiency is of the order of thirty-five percent for Otto-cycle spark ignition engines, and of the order of forty percent for Diesel cycle engines. With regard to the average efficiency in current use of automobile engines, it is most often less than twenty percent for spark ignition engines, and twenty-five percent for diesel engines.
Dans lesdits moteurs, la fraction de l'énergie libérée par la combustion du carburant et qui n'est pas transformée en travail utile est principalement dissipée sous forme de chaleur dans le système de refroidissement et à l'échappement desdits moteurs. In said engines, the fraction of the energy released by the combustion of the fuel and which is not transformed into useful work is mainly dissipated in the form of heat in the cooling system and the exhaust of said engines.
Outre un rendement médiocre, les moteurs thermiques à combustion interne alternatifs utilisés en automobile produisent des gaz polluants et des particules nuisibles à l'environnement et à la santé. Malgré ces caractéristiques peu avantageuses, faute d'autres solutions offrant un meilleur compromis énergétique, environnemental, fonctionnel, et économique, les moteurs thermiques à combustion interne à cycle d'Otto ou de Diesel équipent la quasi totalité des véhicules automobiles en circulation dans le monde. Cette situation explique les efforts significatifs de recherche et développement consentis par les motoristes pour améliorer par tous moyens le bilan énergétique et environnemental des moteurs thermiques à combustion interne. Lesdits efforts visent notamment à perfectionner les technologies qui constituent lesdits moteurs, et à ajouter à ces derniers des fonctionnalités nouvelles qui permettent la mise en œuvre de stratégies nouvelles. In addition to poor performance, alternative internal combustion engines used in automobiles produce polluting gases and particles that are harmful to the environment and to health. Despite these unattractive features, for lack of other solutions offering a better energy, environmental, functional, and economical compromise, Otto or Diesel internal combustion engines heat up almost all the motor vehicles in circulation in the world. . This situation explains the significant research and development efforts made by the engine manufacturers to improve by all means the energy and environmental balance of internal combustion engines. These efforts are aimed in particular at perfecting the technologies that constitute said engines, and adding to these new features that allow the implementation of new strategies.
Parmi ces stratégies figure la dilution de la charge en air et carburant des moteurs thermiques à combustion interne alternatifs soit avec un gaz neutre, soit avec de l'air frais riche en oxygène. C'est à ladite dilution que s'adresse la présente invention qui est particulièrement destinée aux moteurs thermiques à combustion interne alternatifs à allumage commandé qui consomment le plus souvent soit de l'essence, soit du gaz naturel. Among these strategies is the dilution of the air and fuel load of the reciprocating internal combustion engines with either a neutral gas or fresh air rich in oxygen. It is to this dilution that the present invention is addressed which is particularly intended for internal combustion engines with spark-ignition internal combustion that most often consume either gasoline or natural gas.
Diluer la charge des moteurs à allumage commandé avec de l'air frais ou avec des gaz d'échappement préalablement refroidis permet d'augmenter le rendement thermodynamique moyen et/ou maximal desdits moteurs. Il en résulte une consommation de carburant réduite à même travail produit. Lorsque les moteurs à allumage commandé opèrent à couple partiel, introduire une charge diluée dans leur(s) cylindre(s) produit moins de pertes par pompage qu'introduire une charge non-diluée. La réduction desdites pertes provient du fait que la charge diluée est plus volumineuse à même contenu énergétique. Ainsi, pour introduire la même quantité d'énergie dans ledit ou lesdits cylindre(s), le vannage à l'admission desdits moteurs ordinairement réalisé au moyen d'un papillon est moins prononcé, et la pression des gaz qui se présentent à ladite admission est plus élevée. En outre, à même énergie introduite dans le ou les cylindre(s) des moteurs à allumage commandé, diluer la charge augmente la masse et la capacité calorifique totale de cette dernière. Ainsi, toutes choses étant égales par ailleurs, la combustion de ladite charge s'opère à plus basse température. Outre réduire la quantité d'oxydes d'azotes produite par la combustion, ladite basse température réduit les pertes thermiques aux parois du ou des cylindre(s) qui résultent de la cession par ladite charge d'une partie de sa chaleur aux dites parois. Diluting the charge of spark-ignition engines with fresh air or with previously cooled exhaust gases makes it possible to increase the average and / or maximum thermodynamic efficiency of said engines. The result is reduced fuel consumption at the same job. When spark ignition engines operate in partial torque, introducing a dilute load into their cylinder (s) produces less pumped losses than introducing an undiluted charge. The reduction of said losses results from the fact that the diluted load is larger with the same energy content. Thus, to introduce the same amount of energy in said cylinder (s), the throttling at the intake of said engines usually performed by means of a throttle is less pronounced, and the pressure of the gases that occur at said admission is higher. In addition, the same energy introduced into the cylinder (s) of spark ignition engines, dilute the load increases the mass and the total heat capacity of the latter. Thus, all things being equal, the combustion of said charge takes place at a lower temperature. In addition to reducing the amount of nitrogen oxides produced by the combustion, said low temperature reduces heat losses to the walls of the cylinder (s) resulting from the transfer by said load of a portion of its heat to said walls.
Enfin, particulièrement si la charge est diluée avec un gaz neutre pauvre en oxygène voire dénué d'oxygène, ladite charge est moins sensible à l'auto-inflammation incontrôlée du mélange air-carburant. Ladite auto-inflammation est responsable du cliquetis, phénomène indésirable caractérisé par une combustion détonante qui détériore le rendement des moteurs à allumage commandé et qui endommage les composants mécaniques qui les constituent. La désensibilisation au cliquetis que procure la dilution de la charge permet aux dits moteurs soit d'opérer à taux de compression plus élevé, soit d'opérer avec un allumage qui est déclenché au moment le plus propice possible au rendement, soit les deux. Finally, particularly if the feedstock is diluted with a neutral gas that is low in oxygen or even free of oxygen, the said feedstock is less sensitive to the uncontrolled self-ignition of the air-fuel mixture. This self-ignition is responsible for rattling, an undesirable phenomenon characterized by a detonating combustion that deteriorates the efficiency of spark ignition engines and damages the mechanical components that constitute them. The desensitization to rattling that provides the dilution of the load allows said engines to either operate at higher compression ratio, or to operate with ignition that is triggered at the most favorable time possible performance, or both.
Dans ce contexte particulier des charges en air et carburant diluées, on distingue les moteurs à allumage commandé opérant à la stœchiométrie desdits moteurs opérant en excès d'air dits aussi « à mélange pauvre ». In this particular context of diluted air and fuel charges, there are spark ignition engines operating stoichiometry of said engines operating in excess air also called "lean".
Les moteurs opérant à la stœchiométrie sont seuls compatibles avec un catalyseur trois- voies, appareil connu en soi qui post-traite les polluants issus de la combustion. Ledit catalyseur se charge de brûler les hydrocarbures qui n'ont pas été brûlés dans la chambre de combustion du moteur thermique. Les produits de cette combustion sont de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone déjà présents dans l'atmosphère. Ledit catalyseur trois- voies finalise aussi l'oxydation du monoxyde de carbone notoirement polluant pour le transformer également en dioxyde de carbone, et réduit les oxydes d'azote pour les transformer en diazote atmosphérique qui constitue environ soixante dix-huit pour cent de l'atmosphère terrestre, et qui est par nature non-polluant. The engines operating with stoichiometry are only compatible with a three-way catalyst, a device known per se that post-processes the pollutants resulting from combustion. Said catalyst is responsible for burning hydrocarbons that have not been burned in the combustion chamber of the engine. The products of this combustion are water vapor and carbon dioxide already present in the atmosphere. Said three-way catalyst also finalizes the oxidation of notoriously polluting carbon monoxide to also convert it to carbon dioxide, and reduces the nitrogen oxides to convert them into atmospheric dinitrogen which constitutes about seventy-eight percent of the carbon dioxide. terrestrial atmosphere, and which is by nature non-polluting.
La réduction des oxydes d'azote par la catalyse trois-voies nécessite que la charge introduite dans le moteur soit stœchiométrique, c'est à dire qu'elle contienne la juste quantité d'oxygène nécessaire à la combustion des hydrocarbures contenus dans ladite charge. Un excès d'oxygène rend impossible la réduction des oxydes d'azote par le catalyseur trois- voies. Il n'est donc pas possible de post-traiter les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement des moteurs opérant en excès d'air au moyen d'un catalyseur trois-voies. Ceci explique pourquoi - pour répondre aux réglementations environnementales toujours plus contraignantes - les moteurs opérant en excès d'air reçoivent désormais un appareil spécialement prévu pour réduire les oxydes d'azote tel qu'un piège à oxydes d'azote ou un dispositif de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote à l'urée. Ledit appareil est généralement placé en sortie d'un catalyseur d'oxydation à deux voies qui aura préalablement brûlé les hydrocarbures imbrûlés et qui aura parachevé l'oxydation du monoxyde de carbone, et de plus en plus souvent, d'un filtre à particules. The reduction of nitrogen oxides by three-way catalysis requires that the charge introduced into the engine be stoichiometric, that is to say that it contains the right amount of oxygen necessary for the combustion of hydrocarbons contained in said charge. An excess of oxygen makes it impossible to reduce the oxides of nitrogen by the three-way catalyst. It is therefore not possible to post-treat the nitrogen oxides contained in the exhaust gases of the engines operating in excess of air by means of a three-way catalyst. This explains why - in response to ever more stringent environmental regulations - engines operating in excess of air now receive a device specifically designed to reduce nitrogen oxides such as a nitrogen oxide trap or a catalytic reduction device selective oxides of nitrogen to urea. This apparatus is generally placed at the outlet of a two-way oxidation catalyst which has previously burned unburnt hydrocarbons and which has completed the oxidation of carbon monoxide, and more and more often, of a particulate filter.
Les moteurs Diesel opérant naturellement en excès d'air, depuis l'entrée en vigueur de la norme Euro VI en Europe, la quasi totalité des automobiles Diesel européennes sont équipées d'un appareil qui post-traite les oxydes d'azote pour les transformer en diazote. Diesel engines operating naturally in excess of air, since the entry into force of the Euro VI standard in Europe, almost all European diesel cars are equipped with a device that post-processes nitrogen oxides to transform them in dinitrogen.
Le problème de ces appareils est qu'ils sont chers, complexes, et que leur encombrement et leurs contraintes de maintenance sont élevés au point que lesdits appareils ne sont quasiment utilisés que sur les moteurs Diesel qui ne peuvent en pratique fonctionner qu'en excès d'air. The problem of these devices is that they are expensive, complex, and that their size and maintenance requirements are high to the point that said devices are almost used only on diesel engines that can in practice operate only in excess of 'air.
S'agissant des moteurs à allumage commandé, les motoristes s'efforcent par tous moyens de les faire fonctionner à la stœchiométrie pour qu'ils restent compatibles avec un catalyseur trois-voies au demeurant simple et bon marché. As far as spark ignition engines are concerned, engine manufacturers strive by all means to make them work with stoichiometry so that they remain compatible with a three-way catalytic converter which is simply and inexpensively.
Pour bénéficier de la réduction de la consommation de carburant induite par la dilution de la charge des moteurs à allumage commandé sans avoir à subir les inconvénients notamment économiques d'un piège à oxydes d'azote ou d'un dispositif de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote à l'urée, il est donc nécessaire de diluer ladite charge desdits moteurs non pas avec de l'air riche en oxygène, mais avec un gaz neutre dénué d'oxygène. To benefit from the reduction in fuel consumption induced by the dilution of the charge of spark-ignition engines without having to suffer the particular economic drawbacks of a nitrogen oxide trap or a selective catalytic reduction device for oxides from nitrogen to urea, it is therefore necessary to dilute said charge of said engines not with air rich in oxygen, but with a neutral gas devoid of oxygen.
Ce dernier gaz est usuellement fourni par le recyclage des gaz d'échappement du moteur lui-même, lesdits gaz ne contenant plus d'oxygène et étant disponibles et abondants. Cette stratégie est connue sous l'appellation de « recirculation des gaz d'échappement » et plus précisément sous l'acronyme anglo-saxon « EGR » valant pour « Exhaust Gas Recirculation ». This latter gas is usually provided by the recycling of the exhaust gas of the engine itself, said gases no longer containing oxygen and being available and abundant. This strategy is known under the name of "recirculation of exhaust gas" and more precisely under the acronym "EGR" for "Exhaust Gas Recirculation".
Lesdits gaz sortant à haute température à l'échappement du moteur à allumage commandé, pour éviter qu'ils ne réchauffent exagérément la charge introduite dans ledit moteur, il est nécessaire d'en réduire la température avant de les mélanger avec les gaz frais. Cette stratégie est connue sous l'appellation anglo-saxonne de « Cooled EGR », laquelle précise que les gaz d'échappement recirculés sont refroidis préalablement à leur mélange avec les gaz frais admis par ledit moteur. Les motoristes francophones utilisent finalement le terme « franglais » de « EGR refroidi », aisément compréhensible et facile à utiliser. Le refroidissement préalable des gaz d'EGR est nécessaire à deux titres au moins. Said gas exiting at high temperature at the exhaust of the spark ignition engine, to prevent them from overheating the load introduced into said engine, it is necessary to reduce the temperature before mixing with the fresh gas. This strategy is known as the Anglo-Saxon "Cooled EGR", which specifies that the recirculated exhaust gas is cooled prior to mixing with the fresh gas admitted by said engine. The French engine manufacturers finally use the term "franglais" of "cooled EGR", easily understandable and easy to use. Prior cooling of the EGR gases is required for at least two purposes.
Premièrement, il faut que la température du mélange gaz-EGR/gaz-frais admis par le moteur à allumage commandé reste basse pour que le rendement volumétrique dudit moteur reste élevé lorsqu'il opère à plein couple. En effet, pour une pression d'admission donnée, la masse de dit mélange introduite dans le ou les cylindre(s) dudit moteur est d'autant plus importante que ledit mélange est froid. Le refroidissement préalable des gaz d'EGR est rendu encore plus indispensable si ledit moteur est suralimenté par un turbocompresseur ou par tout autre moyen. First, it is necessary that the temperature of the gas-EGR / gas-fresh mixture admitted by the spark ignition engine remains low so that the volumetric efficiency of said engine remains high when operating at full torque. Indeed, for a given intake pressure, the mass of said mixture introduced into the cylinder (s) of said engine is all the more important that said mixture is cold. Prior cooling of the EGR gas is made even more essential if said engine is supercharged by a turbocharger or by any other means.
Deuxièmement, plus le mélange gaz-EGR/gaz-frais est chaud, plus il favorise l'apparition du cliquetis lequel est défavorable au rendement dudit moteur. Second, the hotter the gas-EGR / gas-fresh mixture, the more it favors the occurrence of rattling which is unfavorable to the performance of said engine.
Le problème est que la charge diluée à l'EGR refroidi est pauvre en oxygène. Ceci est paradoxal puisque c'est par ailleurs le but recherché notamment pour que la charge reste stcechiométrique et résistante au cliquetis. Il résulte de cet appauvrissement en oxygène une initiation de la combustion plus difficile à obtenir et un développement de la combustion plus lent que lorsque ladite charge est non-diluée à l'EGR refroidi. Dans un moteur à allumage commandé, l'initialisation de la combustion s'opère en créant un arc électrique à haute température entre deux électrodes distantes l'une de l'autre de quelques dixièmes de millimètres. The problem is that the diluted charge to the cooled EGR is low in oxygen. This is paradoxical since it is also the aim sought in particular for the charge to remain stoichiometric and resistant to rattling. This oxygen depletion results in a combustion initiation that is more difficult to obtain and a slower combustion development than when said charge is undiluted at the cooled EGR. In a spark ignition engine, the initialization of the combustion occurs by creating a high temperature electric arc between two electrodes distant from each other by a few tenths of a millimeter.
Lorsque la charge en air-carburant est fortement diluée avec de l'EGR refroidi, l'arc électrique traverse un mélange globalement pauvre en oxygène et en carburant. Le risque d'un raté d'allumage augmente si d'aventure, l'espace de quelques dixièmes de millimètres qui sépare la cathode de l'anode de la bougie d'allumage ne contient pas un mélange gaz- EGR/gaz-frais suffisamment brûlable car en effet, des hétérogénéités se créent inévitablement dans l'espace tridimensionnel de la chambre de combustion, avec des poches plus riches en oxygène et/ou en carburant que d'autres. When the air-fuel charge is heavily diluted with cooled EGR, the electric arc passes through a globally poor mixture of oxygen and fuel. The risk of a misfire increases if, by accident, the space of a few tenths of a millimeter separating the cathode from the anode of the spark plug does not contain a gas-EGR / gas-charge mixture sufficiently burnable because indeed heterogeneities are inevitably created in the three-dimensional space of the combustion chamber, with pockets richer in oxygen and / or fuel than others.
Si la combustion s'initialise comme souhaité, l'énergie du carburant que contient la charge commence à se libérer sous forme de chaleur et la flamme entame son développement. Pour cela, par approches successives, ladite flamme communique sa chaleur au mélange gaz-EGR/gaz-frais environnant, couche brûlable après couche brûlable. Chaque couche est portée à sa température d'inflammation par la couche précédente, brûle, et libère de la chaleur qu'elle communique à la couche suivante et ainsi de suite. Selon le principe de la réaction en chaîne, la flamme se propage dans l'espace tridimensionnel de la chambre de combustion du moteur à allumage commandé. If combustion is initiated as desired, the fuel energy in the charge begins to release as heat and the flame begins to expand. For this, by successive approaches, said flame communicates its heat to the surrounding gas-EGR / gas-fresh mixture, burnable layer after burnable layer. Each layer is brought to its ignition temperature by the previous layer, burns, and releases heat that it communicates to the next layer and so on. According to the principle of the chain reaction, the flame propagates in the three-dimensional space of the combustion chamber of the spark ignition engine.
Le principal problème de l'EGR refroidi est qu'il rend difficile l'initialisation de la combustion, puis ralentit considérablement le développement de cette dernière à la fois à cause de la réduction globale de sa température, et à cause des hétérogénéités de richesse en comburant et/ou carburant trouvées dans le volume de la chambre de combustion et donc, sur le parcours de la flamme. On constate d'ailleurs expérimentalement que plus la teneur de la charge en EGR refroidi augmente, plus le moteur devient instable. A partir d'une certaine dite teneur, des ratés d'allumage surviennent et le rendement - qui jusqu'alors avait tendance à augmenter avec la teneur en EGR refroidi de la charge - décroît. Au-delà d'une certaine teneur en dit EGR, le moteur à allumage commandé s'arrête, la combustion ne parvenant plus à s'initialiser. The main problem of cooled EGR is that it makes the initialization of combustion difficult, and then considerably slows the development of the latter both because of the overall reduction of its temperature, and because of the heterogeneities of oxidant and / or fuel found in the volume of the combustion chamber and therefore, on the path of the flame. Moreover, it is found experimentally that the higher the cooled EGR charge content, the more unstable the engine becomes. From a certain content, misfires occur and the efficiency - which hitherto tended to increase with the cooled EGR content of the charge - decreases. Beyond a certain content of said EGR, the spark ignition engine stops, the combustion is unable to initialize.
On remarque aussi que la teneur des gaz d'échappement en hydrocarbures imbrûlés et en monoxyde de carbone augmente parallèlement à la teneur en EGR refroidi de la charge. Ceci provient à la fois de poches de mélange trop pauvres pour brûler convenablement rencontrées par la flamme sur son parcours, et de l'épaississement de la couche limite de coincement de flamme à proximité des parois internes froides de la chambre de combustion du moteur. Note also that the content of the exhaust gas in unburned hydrocarbons and carbon monoxide increases in parallel with the cooled EGR content of the load. This is due to both pockets of mixture too poor to burn properly encountered by the flame on its path, and the thickening of the boundary layer flame jam near the cold internal walls of the combustion chamber of the engine.
Toujours de manière expérimentale, on constate aussi que plus la puissance d'allumage est importante, plus il est possible d'augmenter la teneur en EGR refroidi de la charge sans trop altérer la stabilité du moteur. Still experimentally, it is also found that the higher the ignition power is, the more it is possible to increase the cooled EGR content of the load without greatly altering the stability of the engine.
A ce titre, de nombreux laboratoires de recherche - tels que le « South West Research Institute » aux Etats-Unis - ont développé des dispositifs d'allumage électriques de plus en plus puissants de sorte à reculer les limites accessibles de teneur en EGR refroidi de la charge. La finalité de cette stratégie reste bien entendu d'améliorer le rendement du moteur à allumage commandé. As such, many research laboratories - such as the South West Research Institute in the United States - have developed increasingly powerful electric ignition devices to push back the accessible limits of cooled EGR content in the United States. load. The purpose of this strategy is of course to improve the efficiency of the spark ignition engine.
Le problème de la surenchère à la puissance des allumages électriques est que leur rendement décroît rapidement avec leur puissance. Il faut donc toujours plus de puissance électrique pour obtenir de moins en moins de puissance d'allumage additionnelle. The problem of overbidding the power of electric ignitions is that their performance decreases rapidly with their power. Therefore, more electrical power is needed to get less and less additional ignition power.
En outre, une puissance électrique élevée n'a d'intérêt que si l'on éloigne les électrodes de la bougie l'une de l'autre pour donner plus de chances à l'étincelle de traverser une poche brûlable, ou alors que l'on augmente la durée de l'étincelle, ou que l'on répète l'étincelle. Ceci conduit à des tensions et à des puissances électriques de plus en plus élevées qui complexifient la réalisation des isolants électriques de la bougie d'allumage tout en réduisant drastiquement la durée de vie de cette dernière. La difficulté à allumer la charge provient aussi du fait que l'EGR refroidi est d'autant plus intéressant sur des moteurs à allumage commandé suralimentés dont on cherche par tous moyens à réduire la sensibilité au cliquetis. Or, plus la pression de suralimentation est élevée, plus la densité du mélange gaz-EGR/gaz-frais est importante entre les électrodes de la bougie au moment du déclenchement de l'étincelle, et plus il faut de tension pour provoquer ladite étincelle. De ce point de vue, l'EGR refroidi ne va pas dans la bonne direction puisqu'à même énergie introduite dans le cylindre du moteur, la masse de gaz qui se trouve entre les électrodes augmente de même que la résistance dudit gaz à l'inflammation. On note que le brevet N° FR 2 986 564 appartenant au demandeur constitue une réponse robuste à ces problèmes. Le dispositif d'allumage par étincelle et stratification haute-pression pour moteur à combustion interne dont il est question dans ledit brevet propose d'injecter sous haute pression, au centre de la bougie d'allumage et peu de temps avant le déclenchement de l'étincelle, une charge pilote approximativement stœchiométrique, hautement brûlable car non diluée à l'EGR refroidi, et potentiellement légèrement riche en carburant. In addition, high electrical power is of interest only if the electrodes of the candle are moved away from each other to give more chances to the spark to cross a burnable pocket, or while the The duration of the spark is increased, or the spark is repeated. This leads to increasingly higher voltages and electrical powers which make it more difficult to achieve the electrical insulation of the spark plug while drastically reducing the life of the spark plug. The difficulty in igniting the charge also stems from the fact that the cooled EGR is all the more interesting on supercharged spark ignition engines which are sought by all means to reduce the sensitivity to rattling. However, the higher the supercharging pressure, the greater the density of the gas-EGR / gas-fresh mixture is important between the electrodes of the spark plug at the moment of the spark, and more voltage is required to cause said spark. From this point of view, the cooled EGR does not go in the right direction because at the same energy introduced into the cylinder of the engine, the mass of gas which is between the electrodes increases as well as the resistance of said gas to the inflammation. It is noted that the patent No. FR 2 986 564 belonging to the applicant is a robust response to these problems. The spark ignition and high pressure lamination device for an internal combustion engine referred to in said patent proposes to inject under high pressure, in the center of the spark plug and shortly before the triggering of the spark, an approximately stoichiometric pilot charge, highly burnable because undiluted with cooled EGR, and potentially slightly rich in fuel.
Une fois injectée par ledit dispositif, ladite charge pilote baignant les électrodes de la bougie, dès qu'un arc électrique se forme entre lesdites électrodes, ladite charge s'enflamme immédiatement et libère l'énergie qu'elle contient. Ainsi, ladite charge elle-même constitue t-elle le moyen d'allumage en soi dont la puissance est de plusieurs centaines à plusieurs milliers de fois plus importante que celle de l'arc électrique qui a permis de la mettre à feu. Il est pratiquement impossible d'obtenir une telle puissance d'allumage avec des moyens électriques seuls. Once injected by said device, said pilot charge bathing the electrodes of the candle, as soon as an electric arc is formed between said electrodes, said charge ignites immediately and releases the energy it contains. Thus, said load itself is the ignition means in itself whose power is several hundred to several thousand times greater than that of the electric arc that allowed to ignite. It is practically impossible to obtain such ignition power with electric means alone.
L'expérience démontre d'ailleurs que des taux d'EGR refroidi de l'ordre de cinquante pour cent sont possibles avec un tel dispositif contre de l'ordre de trente pour cent seulement avec les seuls dispositifs d'allumage électrique les plus puissants qui soient. Experience has shown that cooled EGR rates of the order of fifty percent are possible with such a device against of the order of thirty percent only with the single most powerful electric ignition devices that are.
On notera que l'approche retenue dans le brevet N° FR 2 986 564 se retrouve sous des formes apparentées dans le brevet N° US 4 319 552 des inventeurs Fred N. Sauer et J. Brian Barry, ou dans le brevet N° DE 41 40 962 A1 appartenant à la société « Bosch ». It will be noted that the approach adopted in the patent No. FR 2 986 564 is found in related forms in US Pat. No. 4,319,552 of the inventors Fred N. Sauer and J. Brian Barry, or in the patent No. DE 41 40 962 A1 belonging to the company "Bosch".
En tout état de cause, le brevet N° US6564770 de la société « Orbital » n'entre pas dans cette catégorie car il s'agit selon ce brevet d'assurer à relativement basse pression la constitution d'une charge principale la plus homogène possible, et non pas de former une charge pilote à des fins d'allumage d'une charge principale hautement diluée à l'EGR. In any case, the patent No. US6564770 of the company "Orbital" does not fall into this category because it is according to this patent to ensure at relatively low pressure the constitution of a main load as homogeneous as possible and not to form a pilot charge for ignition of a highly diluted main charge at the EGR.
Le problème du dispositif décrit par le brevet N° FR 2 986 564 et dans les brevets apparentés tels qu'ils viennent d'être listés réside non pas dans l'initialisation de la combustion qui est très performante, mais dans le développement de ladite combustion. Notamment, lorsque la fraction brûlée du carburant que contient la charge principale atteint les cinquante pourcents environ, la combustion peine à progresser de sorte que le temps total requis pour brûler l'entièreté de la charge principale est plus important que le temps requis pour brûler l'entièreté d'une charge principale non-diluée à l'EGR refroidi. II résulte de ceci qu'une partie du gain énergétique potentiel de l'EGR refroidi est perdue à cause d'une combustion qui se développe trop lentement. The problem of the device described by the patent No. FR 2 986 564 and in related patents as they have just been listed is not in the initialization of the combustion which is very efficient, but in the development of said combustion . In particular, when the burned fraction of the fuel contained in the main charge reaches about fifty percent, the combustion hardly progresses so that the total time required to burn the entire main charge is greater than the time required to burn the fuel. whole of an undiluted main charge to the cooled EGR. As a result, part of the potential energy gain of the cooled EGR is lost due to a combustion that develops too slowly.
Or, le maximum de bénéfice de l'EGR refroidi serait trouvé s'il était possible d'opérer un moteur à allumage commandé simultanément avec une charge principale dont la teneur en EGR refroidi est de l'ordre de cinquante pour cent d'une part, et avec une stabilité et une durée totale de combustion comparables à celles trouvées sur le même dit moteur lorsque ce dernier brûle une charge non-diluée d'autre part. However, the maximum benefit of the cooled EGR would be found if it were possible to operate a spark ignition engine simultaneously with a main charge whose cooled EGR content is of the order of fifty percent on the one hand , and with a stability and a total combustion time comparable to those found on the same said engine when the latter burns an undiluted charge on the other hand.
La solution pourrait provenir de l'utilisation d'une préchambre dans laquelle serait introduite la charge pilote, ladite préchambre pouvant héberger les électrodes de la bougie et même, faire partie intégrante de ladite bougie comme le propose le brevet N° US 4 319 552. Le premier avantage d'une telle préchambre est qu'elle maintient potentiellement la charge pilote au plus proche des électrodes de la bougie, ce qui peut limiter la dispersion de ladite charge dans la chambre de combustion principale du moteur à allumage commandé avant la mise à feu de ladite charge. The solution could come from the use of a prechamber into which the pilot charge would be introduced, said prechamber being able to house the electrodes of the spark plug and even to be an integral part of said spark plug as proposed in US Pat. No. 4,319,552. The first advantage of such a prechamber is that it potentially maintains the pilot charge as close as possible to the electrodes of the spark plug, which can limit the dispersion of said charge in the main combustion chamber of the spark ignition engine before the fire of said charge.
Le deuxième avantage de ladite préchambre est qu'une fois mise à feu, la charge pilote pressurise ladite préchambre laquelle envoie des torches de gaz brûlants à haute vitesse dans la chambre de combustion principale du moteur à allumage commandé via des orifices que comporte ladite préchambre. The second advantage of said antechamber is that once ignited, the pilot charge pressurizes said prechamber which sends hot gas torches at high speed in the main combustion chamber of the spark ignition engine via orifices that includes said prechamber.
Cette mise à feu de la charge principale au moyen de torches est très efficace car au lieu de partir du centre de la chambre de combustion comme c'est le cas avec une bougie d'allumage ordinaire, la flamme s'initialise en de multiples endroits de la chambre combustion, et se développe radialement depuis la périphérie de la chambre vers le centre de la chambre, et tangentiellement entre chaque torche. This firing of the main charge by means of torches is very effective because instead of starting from the center of the combustion chamber as is the case with an ordinary spark plug, the flame is initialized in multiple places of the combustion chamber, and develops radially from the periphery of the chamber to the center of the chamber, and tangentially between each torch.
L'énergie du carburant s'en retrouve libérée en un temps très court, ce qui est favorable au rendement thermodynamique du moteur à allumage commandé car non seulement la détente est plus productive en travail, mais la moindre sensibilité au cliquetis qui découle d'une combustion aussi rapide permet d'opérer ledit moteur avec un rapport volumétrique significativement plus élevé. The fuel energy is released in a very short time, which is favorable to the thermodynamic efficiency of the spark ignition engine because not only the relaxation is more productive in work, but the slightest sensitivity to rattling that results from a Such rapid combustion makes it possible to operate the engine with a significantly higher volumetric ratio.
En tout état de cause, le brevet N° US 4 319 552 ou la solution proposée dans le brevet FR 2 986 564 appartenant au demandeur ou dans les brevets apparentés précédemment évoqués ne peuvent se comparer à la multitude de brevets qui injectent du carburant seul dans une préchambre ou non, et non un mélange constitué d'air et de carburant. In any event, the patent US Pat. No. 4,319,552 or the solution proposed in patent FR 2,986,564 belonging to the applicant or in the related patents previously mentioned can not be compared to the multitude of patents which inject fuel alone into a prechamber or not, and not a mixture of air and fuel.
Parmi ces brevets, on citera par exemple ceux connus sous le N° GB 2 31 1 327 A de « Fluid Research Limited », le N° US 4,864,989 de « Tice Technology Corp », le N° US 4,124,000 de « General Motors », le N° US 4,239,023 de « Ford Motor Company », le N° US 4,892,070 de l'inventeur Dieter Kuhnert, le N° US 2001/0050069 A1 des inventeurs Radu Oprea et Edward Rakosi, ou encore le brevet N° US 2012/0103302 A1 de l'inventeur William Attard sur le principe duquel est fondé le système d'allumage « Turbulent Jet Ignition » développé par la société allemande « Mahle » pour les moteurs de Formule 1 . Among these patents, mention will be made, for example, of those known under No. GB 2 31 1 327 A of "Fluid Research Limited", No. US 4,864,989 to "Tice Technology Corp.", No. 4,124,000 of "General Motors", No. 4,239,023 to "Ford Motor Company", US 4,892,070 inventor Dieter Kuhnert, No. US 2001/0050069 A1 inventors Radu Oprea and Edward Rakosi, or patent US 2012/0103302 A1 of the inventor William Attard on the principle of which is based the ignition system "Turbulent Jet Ignition" developed by the German company "Mahle" for engines of Formula 1.
Il existe en effet une différence fondamentale entre les solutions exposées dans ces derniers brevets qui s'adressent aux moteurs à allumage commandé dits « à mélange pauvre » et qui n'ont pour objectif que d'enrichir la charge en carburant autour du point d'allumage au motif que la charge dans son ensemble est pauvre en carburant mais riche en oxygène, et les solutions exposées dans le brevet FR 2 986 564 et brevets apparentés qui s'adressent quant à eux principalement aux moteurs à allumage commandé opérants avec une charge fortement diluée à l'EGR refroidi et qui ont pour objectif de constituer un mélange riche en carburant ET en oxygène autour du point d'allumage, au motif que la charge dans son ensemble est pauvre en carburant ET en oxygène. A ce stade, on a vu qu'injecter une charge pilote hautement brûlable constituée d'air et de carburant pour envelopper les électrodes de la bougie avec ladite charge comme le propose le brevet N° FR 2 986 564 permet d'allumer efficacement une charge principale fortement diluée à l'EGR. There is indeed a fundamental difference between the solutions disclosed in these patents which are intended for so-called "lean-burn" spark ignition engines whose sole purpose is to enrich the fuel charge around the point of ignition. ignition on the grounds that the load as a whole is low in fuel but rich in oxygen, and the solutions set forth in patent FR 2 986 564 and related patents, which are mainly directed to positive-ignition engines operating with a heavy load. diluted with cooled EGR, which is intended to provide a fuel-rich AND oxygen-rich mixture around the ignition point, on the grounds that the fuel as a whole is low in fuel AND oxygen. At this stage, it has been seen that injecting a highly burnable pilot charge consisting of air and fuel to envelop the electrodes of the spark plug with said charge as proposed in patent No. FR 2 986 564 makes it possible to effectively light a charge. principal strongly diluted with EGR.
On a aussi vu qu'une fois allumée ladite charge principale, la combustion se développe rapidement jusqu'à ce qu'environ cinquante pour cent de la quantité totale de carburant contenue dans la dite charge aient été brûlés. Au-delà des dits cinquante pour cent, la combustion se développe plus lentement ce qui fait qu'à partir d'une certaine teneur en EGR de la charge principale, le rendement thermodynamique du moteur à allumage commandé décroît au lieu d'augmenter comme espéré. It has also been seen that once the main charge has been ignited, the combustion proceeds rapidly until about fifty percent of the total quantity of fuel contained in the charge has been burned. Beyond the so-called fifty percent, the combustion develops more slowly, so that from a certain EGR content of the main charge, the thermodynamic efficiency of the spark-ignition engine decreases instead of increasing as expected. .
On a supposé que si - comme le propose le brevet N° US 4 319 552 - la charge pilote était injectée dans une préchambre dans laquelle sont hébergées les électrodes de la bougie, ce dernier problème de développement de la combustion au delà de cinquante pour cent serait en tout ou partie résolu. It has been assumed that if - as proposed in US Pat. No. 4,319,552 - the pilot charge is injected into a prechamber in which the electrodes of the candle are housed, the latter problem of combustion development beyond fifty percent. would be fully or partially resolved.
En effet, ladite préchambre éjecterait par ses orifices des torches de gaz brûlants animés d'une grande vitesse qui à la fois initialiseraient la combustion sur une grande longueur radiale autour du point d'allumage, mais aussi, plisseraient le front de flamme ce qui favoriserait le développement de la flamme perpendiculairement aux dites torches. In fact, said prechamber would eject through its orifices flares of hot gas with a high speed that both initialize the combustion over a great radial length around the ignition point, but also, would squint the flame front which would favor the development of the flame perpendicular to said torches.
Pour autant, cette dernière solution peut s'avérer insatisfaisante pour un grand nombre de raisons dont certaines ont conduit à abandonner les dispositifs d'allumage basés sur une préchambre, particulièrement dans le contexte des moteurs à allumage commandé. However, this last solution may prove unsatisfactory for a large number of reasons, some of which led to abandoning ignition devices based on a prechamber, particularly in the context of spark ignition engines.
En effet, pour être efficace, la préchambre doit présenter un dôme protubérant qui pénètre suffisamment dans la chambre de combustion du moteur pour que les trous qu'expose ledit dôme et par lesquels sont éjectés les gaz brûlants pour former des torches soient positionnés suffisamment à l'intérieur de ladite chambre pour que lesdites torches ne lèchent pas les parois internes froides dudit moteur. Indeed, to be effective, the prechamber must have a protruding dome which penetrates sufficiently into the combustion chamber of the engine so that the holes expelled by said dome and by which the hot gases are ejected to form torches are positioned sufficiently to interior of said chamber so that said torches do not lick the cold internal walls of said engine.
Or, dès que la combustion est initialisée dans la préchambre, les gaz contenus dans cette dernière montent rapidement en pression et sont éjectés à haute vitesse par lesdits trous. Ce faisant, lesdits gaz chauffent ledit dôme. However, as soon as the combustion is initialized in the prechamber, the gases contained in the latter rise rapidly in pressure and are ejected at high speed by said holes. In doing so, said gases heat said dome.
Une fois initialisée la combustion de la charge principale, la pression régnant dans la chambre de combustion du moteur devient rapidement supérieure à celle régnant dans la préchambre de sorte que des gaz chauds repassent en sens inverse au travers des trous du dôme, chauffant encore ce dernier. Once the combustion of the main charge has been initiated, the pressure in the combustion chamber of the engine rapidly becomes greater than that prevailing in the prechamber so that hot gases pass through the holes of the dome in the opposite direction, again heating the latter. .
Lors de la détente des gaz par le piston du moteur à allumage commandé, la pression régnant dans ladite préchambre redevient supérieure à celle régnant dans la chambre de combustion du moteur. En conséquence, les gaz chauds contenus dans la préchambre repassent une troisième fois au travers des dits trous, surchauffant encore ledit dôme. Or, à partir d'une certaine température, le dôme protubérant se comporte comme une « boule chaude » à l'instar du système d'allumage du moteur à combustion interne inventé par Stuart Herbert-Akroyd et décrit dans le brevet CHD4226 du 4 décembre 1891 . Un tel point chaud conduit alors potentiellement à des allumages intempestifs de la charge principale non-commandés par étincelle. Le cliquetis qui peut s'en suivre est de nature à endommager voire à détruire le moteur à allumage commandé. During the expansion of the gases by the piston of the spark ignition engine, the pressure prevailing in said prechamber becomes greater than that prevailing in the combustion chamber of the engine. As a result, the hot gases contained in the prechamber repass a third time through said holes, further overheating said dome. However, from a certain temperature, the protruding dome behaves like a "hot ball" like the ignition system of the internal combustion engine invented by Stuart Herbert-Akroyd and described in the patent CHD4226 of December 4 1891. Such a hot spot then potentially leads to inadvertent ignitions of the non-spark-controlled main charge. The rattling that may follow is likely to damage or even destroy the spark ignition engine.
Une solution peut consister en refroidir intensivement ledit dôme pour éviter qu'il ne constitue un point chaud. Toutefois, l'export de chaleur qui en résulte se fait au détriment d'une part, de l'efficacité des torches de gaz brûlants dont la température et la vélocité sont réduites lors de leur passage au travers des trous aménagés dans ledit dôme, et d'autre part, de l'efficacité thermodynamique du moteur à allumage commandé. One solution may be to intensively cool said dome to prevent it from constituting a hot spot. However, the resulting heat export is to the detriment of the efficiency of hot gas torches whose temperature and velocity are reduced when they pass through the holes in said dome, and on the other hand, the thermodynamic efficiency of the spark ignition engine.
Il faut donc impérativement que la préchambre ne puisse pas se comporter comme un dispositif d'allumage à « boule chaude » tel que précédemment évoqué ou du moins, que l'initialisation de la combustion de la charge principale soit bien déclenchée au moment choisi, et non subie à un moment incontrôlé. It is therefore imperative that the prechamber can not behave like a "hot-ball" ignition device as previously mentioned or at least that the initialization of the combustion of the main charge is triggered at the chosen moment, and not suffered at an uncontrolled time.
Ceci implique de refroidir les parties chaudes de ladite préchambre susceptible de déclencher un auto-allumage, mais ceci doit être fait sans trop diminuer l'efficacité de ladite préchambre à diffuser des torches de gaz brûlants dans l'espace tridimensionnel de la chambre de combustion du moteur qui contient la charge principale. This involves cooling the hot parts of said prechamber capable of triggering a self-ignition, but this must be done without greatly reducing the effectiveness of said prechamber to diffuse hot gas torches into the three-dimensional space of the combustion chamber of the engine that contains the main load.
En outre, on note que la constitution d'une charge pilote air-carburant portée à haute pression n'est pas gratuite au plan énergétique. Il faut préalablement comprimer de l'air, ce qui nécessite un compresseur entraîné par le moteur à allumage commandé lui-même, puis injecter du carburant dans ledit air. Une autre stratégie peut consister en directement comprimer un mélange air-carburant constitué préalablement. Ainsi, du fait de son coût énergétique non-négligeable, à même efficacité d'allumage, plus la masse et la pression de la charge pilote sont petites par rapport à celle de la charge principale, meilleur est le bilan énergétique final du moteur à allumage commandé lorsqu'il opère sous fort taux d'EGR. Il faut donc par tous moyens conférer à la charge pilote une efficacité spécifique à allumer la charge principale la plus grande possible, relativement à la masse et à la pression de ladite charge pilote. In addition, it is noted that the constitution of an air-fuel pilot load carried at high pressure is not energy free. It must first compress air, which requires a compressor driven by the spark ignition engine itself, and then inject fuel into said air. Another strategy may consist in directly compressing an air-fuel mixture previously constituted. Thus, because of its non-negligible energy cost, with same ignition efficiency, the smaller the mass and the pressure of the pilot charge compared to that of the main charge, the better the final energy balance of the ignition engine. ordered when operating at high EGR rates. It is therefore necessary by all means to give the pilot load a specific efficiency to turn on the largest possible main load, relative to the weight and pressure of said pilot load.
En d'autres termes, à même efficacité d'allumage, la charge pilote doit contenir la plus petite quantité de mélange air-carburant possible, mise préalablement sous la pression la plus basse possible. In other words, at the same ignition efficiency, the pilot charge must contain the smallest amount of air-fuel mixture possible, previously put under the lowest possible pressure.
A ce titre, il faut autant que possible éviter que la charge pilote ne se disperse dans la charge principale avant sa mise à feu car une telle dispersion réduit l'efficacité spécifique de la charge pilote à allumer la charge principale et ne peut se compenser qu'en augmentant la masse de ladite charge pilote, ce qui se fait au détriment du rendement énergétique du moteur à allumage commandé. La dispersion résulte notamment du temps dont l'injecteur qui introduit la charge pilote dans la préchambre a besoin pour réaliser l'injection de ladite charge pilote sous une pression nécessairement supérieure à celle de la charge principale. On notera d'ailleurs que la pression d'injection de la charge pilote reste approximativement constante cependant que la pression de la charge principale croît sous l'effet de sa compression consécutive à la remontée du piston du moteur à allumage commandé vers son Point Mort Haut. Le début de l'injection de la charge pilote s'opère donc sous une pression différentielle plus grande que la fin de ladite injection. Il résulte de ceci que la vitesse d'éjection des gaz constitutifs de la charge pilote par l'injecteur est plus grande en début d'injection qu'en fin d'injection. As such, it is necessary as far as possible to prevent the pilot charge from dispersing in the main charge before it is fired, since such dispersion reduces the specific efficiency of the pilot charge to ignite the main charge and can only be compensated for when by increasing the mass of said pilot load, which is to the detriment of the fuel efficiency of the spark ignition engine. The dispersion results in particular from the time which the injector which introduces the pilot charge into the prechamber needs to perform the injection of said pilot charge under a pressure necessarily greater than that of the main charge. It should also be noted that the injection pressure of the pilot charge remains approximately constant while the pressure of the main charge increases as a result of its compression following the raising of the piston of the spark ignition engine towards its top dead center. . The beginning of the injection of the pilot load therefore takes place under a differential pressure greater than the end of said injection. As a result, the speed of ejection of the gases constituting the pilot charge by the injector is greater at the beginning of the injection than at the end of the injection.
Avant l'injection de la charge pilote, la pression dans la préchambre est inférieure à celle régnant dans la chambre de compression du moteur. Une partie de la charge principale entre donc d'abord dans ladite préchambre au fur et à mesure qu'est comprimée ladite charge. Before the injection of the pilot charge, the pressure in the antechamber is lower than that prevailing in the compression chamber of the engine. Part of the main load therefore first enters said prechamber as said load is compressed.
Puis, l'injecteur injecte dans la préchambre la charge pilote ce se mélange avec la fraction de la charge principale qui présente une forte teneur en EGR et qui a été préalablement introduite dans ladite préchambre. Then, the injector injects into the prechamber the pilot charge that mixes with the fraction of the main charge which has a high EGR content and which was previously introduced into said prechamber.
La masse de gaz excédentaire due à ladite fraction est alors expulsée hors de la préchambre avec une partie de la charge pilote, laquelle se trouve mélangée avec des gaz à forte teneur en EGR dans et hors de la préchambre. The excess gas mass due to said fraction is then expelled from the prechamber with a portion of the pilot charge, which is mixed with high EGR gases in and out of the prechamber.
L'inflammabilité du mélange ainsi constitué d'air, de carburant et d'EGR est donc nécessairement hétérogène dans le volume de la préchambre et hors de la préchambre. L'efficacité de la charge pilote à s'enflammer le plus rapidement possible s'en trouve réduite de même que l'efficacité des torches de gaz brûlants à mettre à feu la charge principale. The flammability of the mixture thus constituted of air, fuel and EGR is therefore necessarily heterogeneous in the volume of the prechamber and out of the prechamber. The efficiency of the pilot charge to ignite as quickly as possible is reduced as well as the effectiveness of the flaming gas torches to ignite the main charge.
Cette baisse d'efficacité ne peut être compensée que par une augmentation de la masse en air et carburant de la charge pilote, ceci au détriment du rendement énergétique global du moteur à allumage commandé. Idéalement, il faudrait donc éviter par tous moyens de disperser la charge pilote dans la charge principale avant l'allumage de ladite charge pilote. This decrease in efficiency can only be offset by an increase in the air and fuel mass of the pilot load, to the detriment of the overall energy efficiency of the spark ignition engine. Ideally, it should therefore be avoided by any means to disperse the pilot charge in the main charge before the ignition of said pilot charge.
Ceci ne remet en rien en cause le fait qu'il serait très avantageux d'améliorer le dispositif décrit par le brevet N° FR 2 986 564. En effet, ledit dispositif s'est révélé efficace à initialiser la combustion sous très forts taux d'EGR refroidi et à développer ladite combustion jusqu'à ce qu'une fraction d'environ cinquante pourcent du carburant que contient la charge principale soit brûlée. This does not call into question the fact that it would be very advantageous to improve the device described by the patent No. FR 2 986 564. In fact, said device has been effective in initiating the combustion at very high rates of EGR cooled and develop said combustion until a fraction of about fifty percent of the fuel contained in the main charge is burned.
L'objectif serait de donner audit dispositif la capacité à développer très rapidement ladite combustion jusqu'à ce qu'une fraction d'au moins quatre vingt dix ou cent pourcent dudit carburant soit brûlée. Comme précédemment évoqué, ceci pourrait être réalisé au moyen d'une préchambre comme le suggère le brevet N° US 4 319 552, mais à la seule condition de contourner les défauts notoires voire rédhibitoires d'une telle dite préchambre. Pour cela, il faut améliorer significativement l'efficacité de ladite préchambre ce qui implique notamment d'éviter qu'elle ne se comporte comme une « boule chaude », d'éviter que la charge pilote ne soit dispersée dans la chambre principale, et de limiter la quantité d'énergie nécessaire à comprimer ladite charge pilote à même efficacité d'allumage. The objective would be to give the device the ability to develop said combustion very rapidly until a fraction of at least ninety or one hundred percent of said fuel is burned. As previously mentioned, this could be achieved by means of a prechamber as suggested by US Pat. No. 4,319,552, but with the sole condition of circumventing the notorious or even crippling defects of such a prechamber. For this, it is necessary to significantly improve the efficiency of said prechamber which includes avoiding that it behaves like a "hot ball", to prevent the pilot charge is dispersed in the main chamber, and limit the amount of energy required to compress said pilot charge to same ignition efficiency.
L'ensemble de ces objectifs est adressé par la préchambre d'allumage à clapet selon l'invention qui - suivant un mode particulier de réalisation - permet : All of these objectives are addressed by the ignition prechamber valve according to the invention which - according to a particular embodiment - allows:
• De réduire fortement la charge thermique à laquelle est soumis le dôme protubérant qu'expose la préchambre, ceci en divisant approximativement par trois le nombre de passage des gaz brûlants au travers des trous que présente ledit dôme et par lesquels sont éjectés lesdits gaz, et ceci afin d'éviter que ledit dôme ne soit porté à trop haute température et ne constitue un point chaud susceptible de provoquer l'auto- inflammation intempestive de la charge principale ; • To greatly reduce the thermal load to which the protruding dome exposed by the prechamber is subjected, this by dividing by approximately three the number of passages of the hot gases through the holes of said dome and through which said gases are ejected, and this in order to prevent said dome from being raised to too high a temperature and constitutes a hot spot liable to cause untimely self-ignition of the main charge;
• De minimiser la masse et la pression de la charge pilote nécessaire non seulement à l'initialisation de la combustion de charges principales fortement diluées à l'EGR, mais aussi au développement rapide de ladite combustion jusqu'à ce que l'intégralité desdites charges principales soient brûlées ; • To minimize the mass and the pressure of the pilot charge necessary not only for the initialization of the combustion of highly diluted main charges at the EGR, but also for the rapid development of said combustion until all of said charges main ones are burned;
• Au service de ce dernier objectif, d'éviter la dispersion de la charge pilote dans la charge principale durant l'injection de ladite charge pilote dans la préchambre. • In the service of this last objective, to avoid the dispersion of the pilot load in the main load during the injection of said pilot load in the prechamber.
Pour atteindre ces objectifs, la préchambre d'allumage à clapet selon l'invention prévoit : To achieve these objectives, the ignition pre-ignition chamber according to the invention provides:
• De maintenir la préchambre fermée lorsque la pression qui y règne est inférieure à celle régnant dans la chambre de combustion, ceci afin d'éviter des allers-retours intempestifs des gaz brûlants au travers des trous que présente le dôme protubérant et par lesquels ladite préchambre communique avec ladite chambre ; • Keep the prechamber closed when the pressure therein is lower than that prevailing in the combustion chamber, in order to avoid inadvertent back and forth of the hot gases through the holes in the protruding dome and through which said prechamber communicates with said chamber;
• De maintenir la préchambre fermée pendant l'essentiel du temps d'injection de la charge pilote de sorte que ladite injection s'opère dans un espace clos dans lequel les gaz de ladite charge pilote ne peuvent pas se mélanger avec les gaz de la charge principale ; • Keep the prechamber closed during most of the injection time of the pilot load so that said injection takes place in a closed space in which the gases of said pilot charge can not mix with the gases of the charge principal;
• D'abaisser la masse et la pression d'injection de la charge pilote tout en conservant une pression et une vitesse d'éjection des gaz brûlants élevées au travers des trous que présente le dôme protubérant. • Lowering the mass and injection pressure of the pilot charge while maintaining high exhaust gas pressure and velocity through the holes in the protruding dome.
La préchambre d'allumage à clapet est prévue peu chère à fabriquer en grande série pour rester compatible avec les contraintes économiques de la plupart des applications auxquelles elle se destine, y-compris automobiles. Il est entendu que la préchambre d'allumage à clapet selon l'invention peut s'appliquer à tout moteur à allumage commandé à combustion interne rotatif ou linéaire, quel qu'en soit le type, quel que soit le carburant gazeux, liquide ou solide qu'il consomme, et que sa charge principale soit diluée avec de l'EGR refroidi ou non, avec un gaz neutre de quelque nature que ce soit, ou avec un gaz riche en oxygène ou en tout autre comburant. The pre-ignition valve chamber is cheap cheap to manufacture in large series to remain compatible with the economic constraints of most applications for which it is intended, including automobiles. It is understood that the valve ignition prechamber according to the invention can be applied to any rotary ignition engine or internal combustion irrespective of the type, regardless of the gaseous fuel, liquid or solid that it consumes, and that its main charge is diluted with EGR cooled or not, with a neutral gas of any nature whatsoever, or with a gas rich in oxygen or any other oxidant.
Il est aussi entendu que la charge pilote que reçoit la préchambre d'allumage à clapet selon l'invention peut contenir un carburant et/ou un comburant différent du carburant et/ou comburant qui constitue la charge principale du moteur à allumage commandé. It is also understood that the pilot charge that receives the valve ignition prechamber according to the invention may contain a fuel and / or oxidant different from the fuel and / or oxidant which constitutes the main charge of the spark ignition engine.
Les autres caractéristiques de la présente invention ont été décrites dans la description et dans les revendications secondaires dépendantes directement ou indirectement de la revendication principale. La préchambre d'allumage à clapet suivant la présente invention est prévue pour un moteur à combustion interne lequel comporte une culasse qui coiffe un cylindre pour former une chambre de combustion dans laquelle peut être brûlée une charge principale, ladite préchambre comprenant : · Au moins une cavité de stratification qui d'une part, est aménagée dans la culasse et est reliée à la chambre de combustion par un conduit de stratification et qui d'autre part, reçoit un injecteur de stratification qui peut directement ou indirectement injecter dans ladite cavité une charge pilote préalablement mise sous pression par des moyens de compression, ladite charge étant constituée d'un mélange comburant-carburant AF facilement inflammable au moyen d'une étincelle ; The other features of the present invention have been described in the description and in the dependent claims directly or indirectly dependent on the main claim. The ignition prechamber according to the present invention is provided for an internal combustion engine which comprises a cylinder head which caps a cylinder to form a combustion chamber in which a main charge can be burned, said prechamber comprising: · At least one stratification cavity which is firstly arranged in the cylinder head and is connected to the combustion chamber by a stratification duct and which, on the other hand, receives a lamination injector which can directly or indirectly inject into said cavity a charge pilot previously pressurized by compression means, said load consisting of an AF fuel-fuel mixture easily ignitable by means of a spark;
• Des moyens d'allumage qui débouchent dans la cavité de stratification et qui peuvent mettre à feu la charge pilote ; · Un clapet de stratification qui peut obturer en tout ou partie le conduit de stratification et qui expose d'une part, une face côté cavité soumise à la pression des gaz régnant dans la cavité de stratification et d'autre part, une face côté chambre soumise à la pression des gaz régnant dans la chambre de combustion, ledit clapet de stratification pouvant translater par rapport audit conduit sous l'effet de la pression des gaz soit en direction de la cavité de stratification lorsque ladite pression régnant dans cette dernière est inférieure à la pression régnant dans la chambre de combustion, soit en direction de ladite chambre lorsque la pression régnant dans cette dernière est inférieure à la pression régnant dans cavité de stratification ; · Au moins une butée de clapet côté cavité qui détermine la position du clapet de stratification la plus proche de la cavité de stratification ; • ignition means that open into the lamination cavity and can ignite the pilot charge; · A laminating valve which can seal all or part of the lamination duct and which exposes, on the one hand, a cavity-side face subjected to the pressure of the gases prevailing in the lamination cavity and, on the other hand, a chamber-side face subjected to the pressure of the gases prevailing in the combustion chamber, said laminating valve being able to translate with respect to said duct under the effect of the pressure of the gases either towards the lamination cavity when said pressure prevailing in the latter is less than the pressure prevailing in the combustion chamber, towards said chamber when the pressure in the latter is lower than the pressure in the lamination cavity; · At least one cavity-side check stopper that determines the position of the laminating valve closest to the laminating cavity;
• Au moins une butée de clapet côté chambre qui détermine la position du clapet de stratification la plus proche de la chambre de combustion. La préchambre d'allumage à clapet suivant la présente invention comprend un clapet de stratification qui obture en tout ou partie le conduit de stratification lorsqu'il est au plus proche de la cavité de stratification tandis qu'il ouvre ledit conduit sur une plus large section lorsqu'il est positionné au plus proche de la chambre de combustion. • At least one chamber-side check stopper that determines the position of the laminating valve closest to the combustion chamber. The valve ignition pre-chamber according to the present invention comprises a laminating valve which closes all or part of the lamination duct when it is closer to the lamination cavity while it opens said duct on a larger section when positioned closest to the combustion chamber.
La préchambre d'allumage à clapet suivant la présente invention comprend une butée de clapet côté cavité qui est constituée d'un siège d'obturation de clapet aménagé dans le conduit de stratification ou à l'une quelconque des extrémités dudit conduit, ledit siège coopérant avec une portée de clapet côté cavité que présente le clapet de stratification en sa périphérie et/ou en son extrémité. The valve ignition prechamber according to the present invention comprises a cavity-side valve stop which consists of a valve closure seat arranged in the lamination duct or at any of the ends of said duct, said cooperating seat. with a cavity-side valve seat that the lamination valve has at its periphery and / or at its end.
La préchambre d'allumage à clapet suivant la présente invention comprend un siège d'obturation de clapet et une portée de clapet côté cavité qui constituent une étanchéité quand ils sont au contact l'un de l'autre, ladite étanchéité empêchant tout gaz de passer au niveau dudit contact lorsque la pression qui règne dans la chambre de combustion est supérieure à la pression qui règne dans la cavité de stratification. The valve ignition prechamber according to the present invention comprises a valve closure seat and a cavity-side valve seat which constitute a seal when in contact with each other, said sealing preventing any gas from passing through. at said contact when the pressure in the combustion chamber is greater than the pressure in the lamination cavity.
La préchambre d'allumage à clapet suivant la présente invention comprend une butée de clapet côté chambre qui est constituée d'un siège d'ouverture de clapet aménagé dans le conduit de stratification ou à l'une quelconque des extrémités dudit conduit, ledit siège coopérant avec une portée de clapet côté chambre que présente le clapet de stratification en sa périphérie et/ou en son extrémité. The valve ignition prechamber according to the present invention comprises a chamber-side valve stop which consists of a valve opening seat arranged in the lamination duct or at any of the ends of said duct, said cooperating seat with a chamber-side valve seat that the laminating valve has at its periphery and / or at its end.
La préchambre d'allumage à clapet suivant la présente invention comprend un siège d'ouverture de clapet et une portée de clapet côté chambre qui constituent une étanchéité quand ils sont au contact l'un de l'autre de sorte à empêcher tout gaz de passer au niveau dudit contact. The valve ignition prechamber according to the present invention comprises a valve opening seat and a chamber-side valve seat which provide a seal when in contact with each other so as to prevent any gas from passing through. at the level of said contact.
La préchambre d'allumage à clapet suivant la présente invention comprend un clapet de stratification qui comporte en son pourtour des moyens de guidage qui maintiennent ledit clapet approximativement centré dans le conduit de stratification, et approximativement dans la même orientation longitudinale que ledit conduit et ceci, quelle que soit la position axiale dudit clapet par rapport audit conduit. La préchambre d'allumage à clapet suivant la présente invention prévoit que lorsque le siège d'ouverture de clapet et la portée de clapet côté chambre sont au contact l'un de l'autre, le clapet de stratification forme avec le conduit de stratification une préchambre d'allumage par torche qui communique simultanément d'une part, avec la cavité de stratification, et d'autre part, avec la chambre de combustion par l'intermédiaire d'au moins un orifice d'éjection des gaz. The valve ignition prechamber according to the present invention comprises a laminating valve which comprises in its periphery guiding means which maintain said valve approximately centered in the lamination duct, and approximately in the same longitudinal orientation as said duct and this, regardless of the axial position of said valve relative to said conduit. The valve ignition prechamber according to the present invention provides that when the valve opening seat and the chamber side valve seat are in contact with each other, the laminating valve forms with the laminating duct a torch ignition prechamber which communicates simultaneously with the lamination cavity and with the combustion chamber via at least one gas ejection port.
La préchambre d'allumage à clapet suivant la présente invention comprend une paroi périphérique interne de la préchambre d'allumage par torche qui est cylindrique tandis que le clapet de stratification présente une périphérie circulaire et est logé à faible jeu radial dans ladite préchambre. La préchambre d'allumage à clapet suivant la présente invention comprend un conduit de stratification qui débouche en saillie dans la chambre de combustion sous la forme d'un dôme d'éjection protubérant qui héberge la préchambre d'allumage par torche et duquel débouche l'orifice d'éjection des gaz. The valve ignition pre-chamber according to the present invention comprises an inner peripheral wall of the ignition prechamber torch which is cylindrical while the laminating valve has a circular periphery and is housed with a small radial clearance in said prechamber. The valve ignition pre-chamber according to the present invention comprises a lamination duct which projects into the combustion chamber in the form of a protruding ejection dome which houses the ignition prechamber and from which opens the flare gas ejection port.
La préchambre d'allumage à clapet suivant la présente invention comprend un siège d'ouverture de clapet qui est aménagé dans le dôme d'éjection protubérant. The valve ignition pre-chamber according to the present invention comprises a valve opening seat which is arranged in the protruding ejection dome.
La préchambre d'allumage à clapet suivant la présente invention prévoit que lorsque le clapet de stratification est positionné proche de la chambre de combustion c'est à dire au voisinage voire au contact de la butée de clapet côté chambre avec laquelle il coopère, ledit clapet découvre au moins un orifice d'éjection des gaz qui met en relation la cavité de stratification avec la chambre de combustion. La préchambre d'allumage à clapet suivant la présente invention comprend des moyens d'allumage qui sont constitués d'une bougie d'allumage qui ferme la première extrémité d'un tube de liaison ajouré qui traverse tout ou partie du volume interne de la cavité de stratification et dont le corps est radialement traversé par au moins une lumière radiale qui met en relation l'intérieur dudit tube avec ledit volume interne, tandis que la deuxième extrémité dudit tube reçoit le conduit de stratification et le clapet de stratification, et cependant que l'électrode centrale et l'électrode de masse de ladite bougie sont logées à l'intérieur du tube de liaison ajouré. The ignition pre-ignition valve according to the present invention provides that when the laminating valve is positioned close to the combustion chamber that is to say in the vicinity or in contact with the chamber-side valve stopper with which it cooperates, said valve discovers at least one gas ejection port that connects the lamination cavity with the combustion chamber. The ignition pre-ignition chamber according to the present invention comprises ignition means which consist of a spark plug which closes the first end of a perforated connecting tube which traverses all or part of the internal volume of the cavity layer and whose body is radially traversed by at least one radial lumen which connects the interior of said tube with said internal volume, while the second end of said tube receives the lamination duct and the laminating valve, and yet that the central electrode and the ground electrode of said spark plug are housed inside the perforated connecting tube.
La préchambre d'allumage à clapet suivant la présente invention comprend une face côté cavité qui expose un dôme aérodynamique. The ignition prechamber according to the present invention comprises a cavity-side face which exposes an aerodynamic dome.
La préchambre d'allumage à clapet suivant la présente invention comprend une face côté cavité qui forme une électrode de masse qui fait face à une électrode centrale que comporte une bougie d'allumage cette dernière constituant les moyens d'allumage. The ignition prechamber valve according to the present invention comprises a cavity-side face which forms a ground electrode which faces a central electrode that comprises a spark plug the latter constituting the ignition means.
La préchambre d'allumage à clapet suivant la présente invention comprend un clapet de stratification qui est axialement plus épais en sa périphérie laquelle reçoit la portée de clapet côté cavité et la portée de clapet côté chambre, qu'en son centre. La description qui va suivre en regard des dessins annexés et donnés à titre d'exemples non limitatifs permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente, et les avantages qu'elle est susceptible de procurer : The valve ignition prechamber according to the present invention comprises a laminating valve which is axially thicker at its periphery which receives the cavity-side valve seat and the chamber-side valve seat than at its center. The following description with reference to the accompanying drawings and given by way of non-limiting example will better understand the invention, the features it has, and the benefits it is likely to provide:
Figure 1 est une vue en coupe schématique de la préchambre d'allumage à clapet suivant l'invention telle qu'elle peut être installée dans la culasse d'un moteur à combustion interne. Figure 1 is a schematic sectional view of the ignition prechamber valve according to the invention as it can be installed in the cylinder head of an internal combustion engine.
Figure 2 est une vue en coupe schématique de la préchambre d'allumage à clapet suivant l'invention dont le clapet de stratification peut totalement fermer le conduit de stratification lorsque la portée de clapet côté cavité que présente ledit clapet de stratification est au contact du siège d'obturation de clapet avec lequel elle coopère, tandis que ledit clapet de stratification forme une préchambre d'allumage par torche qui est logée dans un dôme d'éjection protubérant lorsque ledit clapet repose sur sa butée de clapet côté chambre. Figures 3 à 8 sont des vues rapprochées partielles en coupe schématique de la préchambre d'allumage à clapet suivant l'invention et selon la configuration particulière montrée en figure 2, lesdites vues rapprochées illustrant diverses phases de fonctionnement de ladite préchambre. Figure 2 is a schematic sectional view of the valve ignition prechamber according to the invention, the laminating valve can completely close the lamination duct when the cavity-side valve seat that has said lamination valve is in contact with the seat shutter valve with which it cooperates, while said laminating valve forms a pre-ignition chamber by torch which is housed in a protruding ejection dome when said valve rests on its chamber-side valve stop. Figures 3 to 8 are partial close-up views in schematic section of the ignition prechamber valve according to the invention and according to the particular configuration shown in Figure 2, said close-up views illustrating various phases of operation of said prechamber.
Figure 9 est une vue en coupe schématique de la préchambre d'allumage à clapet suivant l'invention reprenant les caractéristiques principales montrée en figure 2 auxquelles s'ajoute un tube de liaison ajouré radialement traversé par des lumières radiales, ledit tube traversant le volume interne de la cavité de stratification et faisant partie intégrante d'une bougie d'allumage, cependant que la face côté cavité du clapet de stratification forme une électrode de masse qui fait face à une électrode centrale que comporte ladite bougie. Figure 9 is a schematic sectional view of the ignition prechamber valve according to the invention incorporating the main features shown in Figure 2 to which is added a radially perforated connecting tube traversed by radial lumens, said tube passing through the internal volume of the lamination cavity and forming an integral part of a spark plug, while the cavity-side face of the lamination valve forms a ground electrode which faces a central electrode that includes said spark plug.
Figure 10 est une vue tridimensionnelle de la préchambre d'allumage à clapet suivant l'invention et selon la variante de réalisation montrée en figure 9. FIG. 10 is a three-dimensional view of the ignition prechamber with a flap according to the invention and according to the variant embodiment shown in FIG. 9.
Figure 1 1 est une vue tridimensionnelle en coupe longitudinale brisée de la préchambre d'allumage à clapet suivant l'invention et selon la variante de réalisation montrée en figure 9. Figure 1 1 is a three-dimensional view in broken longitudinal section of the ignition prechamber valve according to the invention and according to the embodiment shown in Figure 9.
Figure 12 est une vue tridimensionnelle éclatée de la préchambre d'allumage à clapet suivant l'invention et selon la variante de réalisation montrée en figure 9. Figure 12 is an exploded three-dimensional view of the ignition prechamber valve according to the invention and according to the embodiment shown in Figure 9.
DESCRIPTION DE L'INVENTION : DESCRIPTION OF THE INVENTION
On a montré en figures 1 à 12 la préchambre d'allumage à clapet 1 , divers détails de ses composants, ses variantes, et ses accessoires. Figures 1 to 12 show the valve ignition prechamber 1, various details of its components, its variants, and its accessories.
On a vu en figure 1 que la préchambre d'allumage à clapet 1 est spécialement prévue pour un moteur à combustion interne 2 lequel comporte une culasse 3 qui coiffe un cylindre 4 pour former avec un piston 31 une chambre de combustion 5 dans laquelle peut être brûlée une charge principale 30. FIG. 1 shows that the valve ignition pre-chamber 1 is specially designed for an internal combustion engine 2 which comprises a cylinder head 3 which caps a cylinder 4 to form a combustion chamber 5 with a piston 31 in which it can be burned a main charge 30.
On remarque en figures 1 à 12 que la préchambre d'allumage à clapet 1 suivant l'invention comprend au moins une cavité de stratification 6 qui d'une part, est aménagée dans la culasse 3 et est reliée à la chambre de combustion 5 par un conduit de stratification 7 et qui d'autre part, reçoit un injecteur de stratification 8 qui peut directement ou indirectement injecter dans ladite cavité 6 une charge pilote 9 préalablement mise sous pression par des moyens de compression 10. It will be noted in FIGS. 1 to 12 that the valve ignition prechamber 1 according to the invention comprises at least one lamination cavity 6 which, on the one hand, is arranged in the cylinder head 3 and is connected to the combustion chamber 5 by a lamination duct 7 and which, on the other hand, receives a lamination injector 8 which can directly or indirectly inject into said cavity 6 a pilot load 9 previously pressurized by compression means 10.
La charge pilote 9 est selon l'invention constituée d'un mélange comburant-carburant AF facilement inflammable au moyen d'une étincelle. The pilot charge 9 is, according to the invention, constituted by an AF fuel-fuel mixture that is highly flammable by means of a spark.
En figure 1 , 2 et 9, on voit l'injecteur de stratification 8 que prévoit la préchambre d'allumage à clapet 1 suivant l'invention et qui peut, directement ou indirectement via un conduit de sortie d'injecteur 28, injecter la charge pilote 9 dans la cavité de stratification 6. L'injecteur de stratification 8 peut être de tout type sans restriction, et être constitué de tout appareil capable d'introduire dans la cavité de stratification 6 selon quelque mode opératoire que ce soit une charge pilote 9 et ceci, que le mélange comburant-carburant AF que contient ladite charge 9 soit formé en amont ou en aval dudit injecteur de stratification 8 avec le concours éventuel d'un autre injecteur soit de gaz, soit de liquide, ou avec le concours d'un carburateur connu en soi. In FIGS. 1, 2 and 9, the lamination injector 8 provided by the valve ignition pre-chamber 1 according to the invention and which can, directly or indirectly via an injector outlet duct 28, inject the charge pilot 9 in the lamination cavity 6. The lamination injector 8 may be of any type without restriction, and may consist of any apparatus capable of introducing into the lamination cavity 6 according to any operating procedure whether it be a pilot charge 9 and this, that the fuel-fuel mixture AF that contains said charge 9 is formed upstream or downstream of said lamination injector 8 with the possible assistance of another injector either gas or liquid, or with the assistance of a carburetor known per se.
En outre, la cavité de stratification 6 et le conduit de stratification 7 peuvent avantageusement être revêtus d'un matériau réfractaire connu en soi, ou être faits dudit matériau. A titre de variante, une lame d'air peut être laissée entre au moins une partie de la cavité de stratification 6 et/ou du conduit de stratification 7 d'une part, et la culasse 3 qui reçoit ces composants 6, 7 d'autre part, de sorte à limiter les échanges de chaleur entre lesdits composants 6, 7 et ladite culasse 3. On remarque aussi en figures 1 à 12 que la préchambre d'allumage à clapet 1 suivant l'invention comprend des moyens d'allumage 1 1 qui débouchent dans la cavité de stratification 6 et qui peuvent mettre à feu la charge pilote 9, lesdits moyens 1 1 pouvant être constitués d'une bougie d'allumage 12 connue en soi. Toujours en figures 1 à 12, on remarque que la préchambre d'allumage à clapet 1 suivant l'invention comprend un clapet de stratification 13 qui peut obturer en tout ou partie le conduit de stratification 7 et qui expose d'une part, une face côté cavité 14 soumise à la pression des gaz régnant dans la cavité de stratification 6 et d'autre part, une face côté chambre 15 soumise à la pression des gaz régnant dans la chambre de combustion 1 1 . In addition, the lamination cavity 6 and the lamination duct 7 can advantageously be coated with a refractory material known per se, or be made of said material. Alternatively, an air gap may be left between at least a portion of the lamination cavity 6 and / or the lamination duct 7, and the yoke 3 which receives these components 6, 7 of FIG. on the other hand, so as to limit heat exchanges between said components 6, 7 and said cylinder head 3. It can also be seen in FIGS. 1 to 12 that the valve ignition prechamber 1 according to the invention comprises ignition means 1 1 which open into the lamination cavity 6 and which can ignite the pilot charge 9, said means 1 1 may consist of a spark plug 12 known per se. Still in FIGS. 1 to 12, it will be noted that the valve ignition prechamber 1 according to the invention comprises a laminating valve 13 which can seal in all or part of the laminating duct 7 and which exposes, on the one hand, a single face cavity side 14 subjected to the pressure of the gases prevailing in the lamination cavity 6 and secondly, a chamber side face 15 subjected to the pressure of the gases prevailing in the combustion chamber 1 January.
On note que ledit clapet de stratification 13 peut translater par rapport au conduit de stratification 7 sous l'effet de la pression des gaz soit en direction de la cavité de stratification 6 lorsque ladite pression régnant dans cette dernière est inférieure à la pression régnant dans la chambre de combustion 5, soit en direction de ladite chambre 5 lorsque la pression régnant dans cette dernière est inférieure à la pression régnant dans cavité de stratification 6. It is noted that said laminating valve 13 can translate with respect to the stratification duct 7 under the effect of the pressure of the gases either towards the lamination cavity 6 when said pressure prevailing therein is lower than the pressure prevailing in the laminating cavity. combustion chamber 5, in the direction of said chamber 5 when the pressure prevailing therein is lower than the pressure prevailing in lamination cavity 6.
On remarquera que le clapet de stratification 13 peut aussi se déplacer dans le conduit de stratification 7 sous l'effet de la gravité ou d'une accélération, ce qui ne saurait être interprété comme un avantage quelconque ou un mode de fonctionnement recherché. Note that the laminating valve 13 can also move in the lamination duct 7 under the effect of gravity or acceleration, which can not be interpreted as any advantage or a desired mode of operation.
On peut souligner que le clapet de stratification 13 peut être réalisé en superalliage résistant à la température et rester le plus léger possible, ou en matériau céramique tel que du carbure de silicium. It can be emphasized that the laminating valve 13 may be made of a temperature-resistant superalloy and remain as light as possible, or of a ceramic material such as silicon carbide.
Outre ce qui vient d'être décrit, on remarque que la préchambre d'allumage à clapet 1 suivant l'invention comprend au moins une butée de clapet côté cavité 16 qui détermine la position du clapet de stratification 13 la plus proche de la cavité de stratification 6. Ceci est particulièrement visible en figures 3 à 8. De plus, la préchambre d'allumage à clapet 1 suivant l'invention comprend au moins une butée de clapet côté chambre 17 qui détermine la position du clapet de stratification 13 la plus proche de la chambre de combustion 5. A titre de variante de la préchambre d'allumage à clapet 1 suivant l'invention, on notera que le clapet de stratification 13 peut obturer en tout ou partie le conduit de stratification 7 lorsqu'il est au plus proche de la cavité de stratification 6 tandis qu'il ouvre ledit conduit 7 sur une plus large section lorsqu'il est positionné au plus proche de la chambre de combustion 5. In addition to what has just been described, it will be noted that the valve ignition pre-chamber 1 according to the invention comprises at least one cavity-side valve stop 16 which determines the position of the laminating valve 13 closest to the cavity of the invention. 6. This is particularly visible in Figures 3 to 8. In addition, the valve ignition pre-chamber 1 according to the invention comprises at least one chamber-side valve stop 17 which determines the position of the laminating valve 13 closest to the combustion chamber 5. As a variant of the valve 1 ignition chamber according to the invention, it will be noted that the laminating valve 13 may close all or part of the lamination duct 7 when it is closest to the lamination cavity 6 while it opens said duct 7 over a wider section when it is positioned closer to the combustion chamber 5.
En figures 3 à 8 notamment, on remarque que la butée de clapet côté cavité 16 peut être constituée d'un siège d'obturation de clapet 18 aménagé dans le conduit de stratification 7 ou à l'une quelconque des extrémités dudit conduit 7, ledit siège 18 coopérant avec une portée de clapet côté cavité 19 que présente le clapet de stratification 13 en sa périphérie et/ou en son extrémité. In FIGS. 3 to 8 in particular, it will be noted that the cavity-side valve stop 16 may consist of a valve closure seat 18 provided in the laminating duct 7 or at any of the ends of said duct 7, said seat 18 cooperating with a cavity-side valve seat surface 19 that the laminating valve 13 presents at its periphery and / or at its end.
Il faut d'ailleurs préciser que le siège d'obturation de clapet 18 et la portée de clapet côté cavité 19 peuvent constituer une étanchéité quand ils sont au contact l'un de l'autre, ladite étanchéité empêchant tout gaz de passer au niveau dudit contact lorsque la pression qui règne dans la chambre de combustion 5 est supérieure à la pression qui règne dans la cavité de stratification 6. It should also be noted that the shutter valve seat 18 and the cavity-side valve seat 19 may constitute a seal when they are in contact with each other, said sealing preventing any gas from passing to the level of said contact when the pressure in the combustion chamber 5 is greater than the pressure in the lamination cavity 6.
A titre d'autre variante, la butée de clapet côté chambre 17 peut être constituée d'un siège d'ouverture de clapet 20 aménagé dans le conduit de stratification 7 ou à l'une quelconque des extrémités dudit conduit 7, ledit siège 32 coopérant avec une portée de clapet côté chambre 21 que présente le clapet de stratification 13 en sa périphérie et/ou en son extrémité. As another variant, the chamber-side valve stop 17 may consist of a valve opening seat 20 arranged in the laminating duct 7 or at any of the ends of said duct 7, said seat 32 cooperating with a chamber-side valve seat 21 that the laminating valve 13 has at its periphery and / or at its end.
En ce cas, le siège d'ouverture de clapet 20 et la portée de clapet côté chambre 21 peuvent constituer une étanchéité quand ils sont au contact l'un de l'autre de sorte à empêcher tout gaz de passer au niveau dudit contact. In this case, the valve opening seat 20 and the chamber-side check valve seat 21 may provide a seal when in contact with each other so as to prevent any gas from passing at said contact.
Les figures 3 à 8 et la figure 12 montrent clairement que le clapet de stratification 13 peut comporter en son pourtour des moyens de guidage 22 qui maintiennent ledit clapet 13 approximativement centré dans le conduit de stratification 7, et approximativement dans la même orientation longitudinale que ledit conduit 7 et ceci, quelle que soit la position axiale dudit clapet 13 par rapport audit conduit 7. FIGS. 3 to 8 and FIG. 12 clearly show that the laminating valve 13 may comprise in its periphery guide means 22 which hold said valve 13 approximately centered in the laminating duct 7, and approximately in the same longitudinal orientation as said duct 7 and this, regardless of the axial position of said valve 13 with respect to said duct 7.
En figures 2, 3, 6, 8 et 9, on remarque que lorsque le siège d'ouverture de clapet 20 et la portée de clapet côté chambre 21 sont au contact l'un de l'autre, le clapet de stratification 13 peut former avec le conduit de stratification 7 une préchambre d'allumage par torche 23 qui communique simultanément d'une part, avec la cavité de stratification 6, et d'autre part, avec la chambre de combustion 5 par l'intermédiaire d'au moins un orifice d'éjection des gaz 24. Dans ce contexte particulier de la préchambre d'allumage à clapet 1 suivant l'invention, la paroi périphérique interne de la préchambre d'allumage par torche 23 peut être cylindrique tandis que le clapet de stratification 13 présente une périphérie circulaire et est logé à faible jeu radial dans ladite préchambre 23 de sorte qu'un faible jeu radial est laissé entre ledit clapet 13 et ladite paroi quelle que soit la position dudit clapet 13 par rapport à ladite préchambre 23, ledit faible jeu formant un passage restreint qui freine le passage des gaz entre la cavité de stratification 6 et la chambre de combustion 5. In FIGS. 2, 3, 6, 8 and 9, it will be noted that when the valve opening seat 20 and the chamber-side valve bearing surface 21 are in contact with each other, the laminating valve 13 can form with the laminating duct 7 a torch ignition prechamber 23 which simultaneously communicates on the one hand with the laminating cavity 6 and on the other hand with the combustion chamber 5 via at least one gas ejection port 24. In this particular context of the ignition prechamber valve 1 according to the invention, the inner peripheral wall of the ignition prechamber torch 23 may be cylindrical while the laminating valve 13 has a circular periphery and is housed low radial clearance in said prechamber 23 so that a small radial clearance is left between said valve 13 and said wall regardless of the position of said valve 13 relative to said prechamber 23, said small clearance forming a restricted passage which slows down the passage of gas between the lamination cavity 6 and the combustion chamber 5.
On voit en figures 1 à 12 que selon un mode particulier de réalisation de la préchambre d'allumage à clapet 1 suivant l'invention, le conduit de stratification 7 peut déboucher en saillie dans la chambre de combustion 5 sous la forme d'un dôme d'éjection protubérant 25 qui héberge la préchambre d'allumage par torche 23 et duquel débouche l'orifice d'éjection des gaz 24. On note que l'orifice d'éjection des gaz 24 peut être plus ou moins orienté vers la chambre de combustion 5 et sortir plus ou moins tangentiellement à la périphérie du dôme d'éjection protubérant 25. En outre, la géométrie de l'orifice d'éjection des gaz 24 peut varier selon que le jet de gaz sortant dudit orifice 24 est prévu plutôt directif, ou plutôt diffus. A titre d'exemple, l'orifice d'éjection des gaz 24 peut être cylindrique, conique, ou encore former un convergent ou un divergent. FIGS. 1 to 12 show that according to a particular embodiment of the valve ignition prechamber 1 according to the invention, the lamination duct 7 can project into the combustion chamber 5 in the form of a dome protruding ejection 25 which houses the ignition pre-ignition chamber 23 and which opens the gas ejection orifice 24. It is noted that the gas ejection orifice 24 may be more or less oriented towards the chamber of combustion 5 and exit more or less tangentially to the periphery of the protruding ejection dome 25. In addition, the geometry of the gas ejection orifice 24 may vary depending on whether the jet of gas leaving said orifice 24 is provided rather directional , or rather diffuse. For example, the gas ejection orifice 24 may be cylindrical, conical, or form a convergent or a divergent.
Avantageusement et comme montré en figures 1 à 12, le siège d'ouverture de clapet 20 peut être aménagé dans le dôme d'éjection protubérant 25, ce dernier pouvant être revêtu d'un matériau antifriction et/ou anti-adhérent et/ou réfractaire connu en soi, ou être fait dudit matériau. Advantageously and as shown in Figures 1 to 12, the valve opening seat 20 can be arranged in the protruding ejection dome 25, the latter can be coated with antifriction material and / or non-stick and / or refractory known per se, or be made of said material.
Au sens général, on comprend que lorsque le clapet de stratification 13 est positionné proche de la chambre de combustion 5 c'est à dire au voisinage voire au contact de la butée de clapet côté chambre 17 avec laquelle il coopère, ledit clapet 13 peut découvrir au moins un orifice d'éjection des gaz 24 qui met en relation la cavité de stratification 6 avec la chambre de combustion 5. In the general sense, it is understood that when the laminating valve 13 is positioned close to the combustion chamber 5, that is to say in the vicinity or in contact with the chamber-side valve stop 17 with which it cooperates, said valve 13 can uncover at least one gas ejection port 24 which connects the lamination cavity 6 with the combustion chamber 5.
Comme le montrent les figures 9 à 12, les moyens d'allumage 1 1 peuvent être constitués d'une bougie d'allumage 12 qui ferme la première extrémité d'un tube de liaison ajouré 26 qui traverse tout ou partie du volume interne de la cavité de stratification 6 et dont le corps est radialement traversé par au moins une lumière radiale 27 qui met en relation l'intérieur dudit tube 26 avec ledit volume interne, tandis que la deuxième extrémité dudit tube 26 reçoit le conduit de stratification 7 et le clapet de stratification 13, et cependant que l'électrode centrale 40 et l'électrode de masse 39 de ladite bougie 12 sont logées à l'intérieur du tube de liaison ajouré 26. As can be seen in FIGS. 9 to 12, the ignition means 11 may consist of a spark plug 12 which closes the first end of a perforated connecting tube 26 which passes all or part of the internal volume of the lamination cavity 6 and whose body is radially traversed by at least one radial slot 27 which connects the inside of said tube 26 with said internal volume, while the second end of said tube 26 receives the lamination duct 7 and the valve lamination 13, and while the central electrode 40 and the ground electrode 39 of said spark plug 12 are housed inside the perforated connecting tube 26.
On remarque en figures 9 à 12 que le tube de liaison ajouré 26 peut faire partie de la bougie d'allumage 12 dont il prolonge le culot. En ce cas, la bougie d'allumage 12 est directement vissée dans la culasse 3 au moyen d'un filetage réalisé sur la face cylindrique externe de son culot et/ou sur la face cylindrique externe du tube de liaison ajouré 26 qui la prolonge. A titre d'alternative, la bougie d'allumage 12 peut être vissée dans ledit tube 26 cependant que ce dernier est vissé dans la culasse 3. Dans tous les cas, une étanchéité est réalisée entre la culasse 3 d'une part et la bougie d'allumage 12 et/ou le tube de liaison ajouré 26 d'autre part, tant au niveau de ladite bougie 12 qu'au niveau du conduit de stratification 7. Note in Figures 9 to 12 that the perforated connecting tube 26 may be part of the spark plug 12 which it extends the base. In this case, the spark plug 12 is directly screwed into the cylinder head 3 by means of a threading formed on the outer cylindrical face of its base and / or on the outer cylindrical face of the perforated connecting tube 26 which extends it. Alternatively, the spark plug 12 can be screwed into said tube 26 while the latter is screwed into the cylinder head 3. In all cases, a seal is made between the yoke 3 on the one hand and the candle 12 and / or the perforated connecting tube 26 on the other hand, both at the level of said spark plug 12 and at the lamination duct 7.
Les figures 9 à 12 illustrent que la face côté cavité 14 peut exposer un dôme aérodynamique 29 qui permet notamment de diriger le flux de gaz vers le ou les orifices d'éjection des gaz 24 en offrant audit flux le moins de résistance possible et en générant dans ledit flux le moins de turbulences possibles. FIGS. 9 to 12 illustrate that the cavity-side face 14 can expose an aerodynamic dome 29 which makes it possible, in particular, to direct the flow of gas towards the gas ejection opening (s) 24 by offering the said flow as little resistance as possible and by generating in said flow the least possible turbulence.
On voit en figures 1 à 12 que selon un mode particulier de réalisation de la préchambre d'allumage à clapet 1 suivant l'invention, la face côté cavité 14 peut former une électrode de masse 39 qui fait face à une électrode centrale 40 que comporte une bougie d'allumage 12 cette dernière constituant les moyens d'allumage 1 1 , un arc électrique pouvant se former entre ladite électrode de masse 39 et ladite électrode centrale 40 lorsque un courant à haute tension passe de ladite électrode centrale 40 à ladite électrode de masse 39. FIGS. 1 to 12 show that according to a particular embodiment of the valve ignition prechamber 1 according to the invention, the cavity-side face 14 can form a ground electrode 39 which faces a central electrode 40 that comprises a spark plug 12 the latter constituting the ignition means 1 1, an electric arc can be formed between said ground electrode 39 and said central electrode 40 when a high-voltage current passes from said central electrode 40 to said electrode of mass 39.
Les figures 1 à 12 illustrent en outre que le clapet de stratification 13 peut être axialement plus épais en sa périphérie laquelle reçoit la portée de clapet côté cavité 19 et la portée de clapet côté chambre 21 , qu'en son centre. Figures 1 to 12 further illustrate that the laminating valve 13 may be axially thicker at its periphery which receives the cavity-side valve seat 19 and the chamber-side valve seat 21, than at its center.
Cette particularité confère audit clapet 13 une épaisseur radiale qui va croissante depuis le centre dudit clapet 13 vers la périphérie de ce dernier, de sorte que ledit clapet 13 soit à la fois le plus léger possible et le plus résistant aux chocs possibles, tout en assurant son refroidissement le plus efficacement possible au niveau du contact entre ses portées de clapet 19, 21 et les sièges 18, 20 avec lesquels coopèrent lesdites portées 19, 21. This feature gives said valve 13 a radial thickness which increases from the center of said valve 13 towards the periphery of the latter, so that said valve 13 is both the lightest possible and the most resistant to possible shocks, while ensuring its cooling most effectively possible at the contact between its valve seats 19, 21 and the seats 18, 20 with which cooperate said bearing surfaces 19, 21.
FONCTIONNEMENT DE L'INVENTION : Le fonctionnement de la préchambre d'allumage à clapet 1 selon l'invention se comprend aisément à la vue des figures 1 à 12. OPERATION OF THE INVENTION: The operation of the ignition prechamber valve 1 according to the invention is easily understood in the light of Figures 1 to 12.
On voit que selon l'exemple non-limitatif d'application de la préchambre d'allumage à clapet 1 selon l'invention montré en figure 1 , ladite préchambre 1 est mise en œuvre dans un moteur à combustion interne 2 qui comporte une culasse 3 qui coiffe un cylindre 4 pour former avec un piston 31 une chambre de combustion 5 dans laquelle peut être brûlée une charge principale 30. It can be seen that according to the nonlimiting example of application of the ignition pre-ignition chamber 1 according to the invention shown in FIG. 1, said prechamber 1 is implemented in an internal combustion engine 2 which comprises a cylinder head 3 which cap a cylinder 4 to form with a piston 31 a combustion chamber 5 in which can be burned a main charge 30.
On remarque que le piston 31 est relié à un vilebrequin 37 par l'intermédiaire d'une bielle 38, ledit piston 31 imprimant audit vilebrequin 37 un mouvement de rotation lorsque ledit piston 31 est animé d'un mouvement de translation alternatif dans le cylindre 4. Note that the piston 31 is connected to a crankshaft 37 via a connecting rod 38, said piston 31 printing said crankshaft 37 a rotational movement when said piston 31 is driven by an alternating translational movement in the cylinder 4 .
On voit également en figure 1 que la chambre de combustion 5 peut être mise en communication avec un conduit d'admission 32 par une soupape d'admission 34 tandis que ladite chambre 5 peut être mise en communication avec un conduit d'échappement 33 par une soupape d'échappement 35. Les figures 1 à 8 qui vont être prises ici en exemple pour illustrer le fonctionnement de la préchambre d'allumage à clapet 1 selon l'invention montrent que ladite préchambre 1 est intégrée à la culasse 3. Lesdites figures 1 à 8 montrent également que les moyens d'allumage 1 1 sont ici constitués d'une bougie d'allumage 12 connue en soi et dont les électrodes débouchent dans la cavité de stratification 6. On remarque aussi en figures 1 etFIG. 1 also shows that the combustion chamber 5 can be placed in communication with an intake duct 32 via an intake valve 34 while said chamber 5 can be placed in communication with an exhaust duct 33 by means of a exhaust valve 35. FIGS. 1 to 8, which will be taken here as examples to illustrate the operation of the valve ignition prechamber 1 according to the invention, show that said antechamber 1 is integrated with the cylinder head 3. Said FIGS. 1 to 8 also show that the ignition means 1 1 here consist of a spark plug 12 known per se and whose electrodes open into the lamination cavity 6. Note also in FIGS.
2 l'injecteur de stratification 8 qui peut injecter une charge pilote 9 dans la cavité de stratification 6 via un conduit de sortie d'injecteur 28. 2 the lamination injector 8 which can inject a pilot charge 9 into the lamination cavity 6 via an injector outlet duct 28.
On remarque en figure 1 que préalablement à son injection par l'injecteur de stratification 8, la charge pilote 9 constituée d'un mélange comburant-carburant AF facilement inflammable a été mise sous pression par un compresseur de stratification 36 qui forme les moyens de compression 10. Ceci constitue également un exemple non-limitatif de réalisation de la préchambre d'allumage à clapet 1 selon l'invention, pris ici à titre d'exemple pour en illustrer le fonctionnement. It can be seen in FIG. 1 that, prior to its injection by the stratification injector 8, the pilot charge 9 consisting of an easily flammable fuel-oxidant mixture AF has been pressurized by a laminating compressor 36 which forms the compression means 10. This is also a non-limiting example of embodiment of the ignition prechamber valve 1 according to the invention, taken here by way of example to illustrate the operation.
Pour illustrer le fonctionnement de la préchambre d'allumage à clapet 1 selon l'invention, nous supposerons ici que le rapport volumétrique du moteur à combustion interne 2 - hors volume de la préchambre d'allumage à clapet 1 - est de quatorze pour un. Pour obtenir ce résultat, on a prévu un volume balayé par le piston 31 de cinq cent centimètres-cube tandis que le volume de la chambre de combustion 5 est de trente huit virgule cinq centimètres- cube. To illustrate the operation of the ignition pre-ignition chamber 1 according to the invention, we will assume here that the volumetric ratio of the internal combustion engine 2 - out of volume of the ignition pre-ignition chamber 1 - is fourteen to one. To obtain this result, a volume swept by the piston 31 of five hundred cubic centimeters is provided while the volume of the combustion chamber 5 is thirty eight decimal five cubic centimeters.
En outre et à titre d'exemple non-limitatif, le volume de la préchambre d'allumage à clapet 1 - y-inclus le volume du conduit de stratification 7 et celui du conduit de sortie d'injecteur 28 - est ici de un demi centimètre-cube. In addition and by way of nonlimiting example, the volume of the ignition pre-ignition chamber 1 - including the volume of the laminating duct 7 and that of the injector outlet duct 28 - here is half cubic centimeter.
Pour détailler le fonctionnement de la préchambre d'allumage à clapet 1 selon l'invention, nous en retiendrons ici l'exemple de réalisation montré en figures 1 à 8 sur lesquelles on constate que la butée de clapet côté cavité 16 est constituée d'un siège d'obturation de clapet 18 aménagé dans le conduit de stratification 7, ledit siège 18 coopérant avec une portée de clapet côté cavité 19 que présente le clapet de stratification 13 en sa périphérie. To detail the operation of the ignition prechamber valve 1 according to the invention, we will retain here the embodiment shown in Figures 1 to 8 on which it is found that the cavity-side valve stop 16 consists of a shutter seat valve 18 arranged in the lamination duct 7, said seat 18 cooperating with a cavity-side valve seat 19 that has the lamination valve 13 at its periphery.
On a choisi ici que le siège d'obturation de clapet 18 et la portée de clapet côté cavité 19 constituent une étanchéité quand ils sont au contact l'un de l'autre, ladite étanchéité empêchant tout gaz de passer au niveau dudit contact lorsque la pression qui règne dans la chambre de combustion 5 est supérieure à la pression qui règne dans la cavité de stratification 6. It has been chosen here that the valve closing seat 18 and the cavity-side valve seat 19 form a seal when in contact with each other, said sealing preventing any gas from passing at said contact when the pressure prevailing in the combustion chamber 5 is greater than the pressure prevailing in the lamination cavity 6.
On notera aussi que pour illustrer le fonctionnement de la préchambre d'allumage à clapet 1 selon l'invention, on a aussi prévu que la butée de clapet côté chambre 17 est constituée d'un siège d'ouverture de clapet 20 aménagé dans le conduit de stratification 7, ledit siège 32 coopérant avec une portée de clapet côté chambre 21 que présente le clapet de stratification 13 en sa périphérie. Cette configuration particulière est bien visible en figuresNote also that to illustrate the operation of the ignition prechamber valve 1 according to the invention, it has also been provided that the chamber-side valve stop 17 consists of a valve opening seat 20 arranged in the conduit laminating member 7, said seat 32 cooperating with a chamber-side valve seat 21 that the laminating valve 13 has at its periphery. This particular configuration is clearly visible in figures
3 à 8. Dans ce contexte particulier, on aura prévu que le siège d'ouverture de clapet 20 et la portée de clapet côté chambre 21 constituent une étanchéité quand ils sont au contact l'un de l'autre de sorte à empêcher tout gaz de passer au niveau dudit contact. Particulièrement en figures 2, 3, 6 et 8, on remarquera aussi que lorsque le siège d'ouverture de clapet 20 et la portée de clapet côté chambre 21 sont au contact l'un de l'autre, le clapet de stratification 13 forme avec le conduit de stratification 7 une préchambre d'allumage par torche 23 de forme annulaire, ladite préchambre 23 communiquant simultanément d'une part, avec la cavité de stratification 6, et d'autre part, avec la chambre de combustion 5 par l'intermédiaire de plusieurs orifices d'éjection des gaz 24. 3 to 8. In this particular context, it will be provided that the valve opening seat 20 and the chamber-side valve seat 21 provide a seal when in contact with each other so as to prevent any gas from passing through the chamber. said contact. Particularly in FIGS. 2, 3, 6 and 8, it will also be appreciated that when the valve opening seat 20 and the chamber side valve seat 21 are in contact with each other, the laminating valve 13 forms with the laminating duct 7 an annular ignition pre-chamber 23 of annular form, said pre-chamber 23 simultaneously communicating on the one hand with the lamination cavity 6, and on the other hand with the combustion chamber 5 via several gas ejection ports 24.
On remarque par ailleurs que la paroi périphérique interne de la préchambre d'allumage par torche 23 est cylindrique tandis que le clapet de stratification 13 présente une périphérie circulaire et est logé à faible jeu radial dans ladite préchambre 23 de sorte qu'un faible jeu radial est laissé entre ledit clapet 13 et ladite paroi quelle que soit la position dudit clapet 13 par rapport à ladite préchambre 23, ledit faible jeu formant un passage restreint qui freine tout passage de gaz - via ledit faible jeu - entre la cavité de stratification 6 et la chambre de combustion 5. On remarque aussi en figures 1 à 8 que le conduit de stratification 7 débouche en saillie dans la chambre de combustion 5 sous la forme d'un dôme d'éjection protubérant 25 qui héberge la préchambre d'allumage par torche 23 et duquel débouchent les orifices d'éjection des gaz 24 qui, selon cet exemple, sont orientés vers la chambre de combustion 5. On notera au passage que le siège d'ouverture de clapet 20 est aménagé dans le dôme d'éjection protubérant 25. Note also that the inner peripheral wall of the ignition prechamber torch 23 is cylindrical while the laminating valve 13 has a circular periphery and is housed at low radial clearance in said prechamber 23 so that a small radial clearance is left between said valve 13 and said wall regardless of the position of said valve 13 with respect to said prechamber 23, said small clearance forming a restricted passage which brakes any passage of gas - via said small clearance - between the lamination cavity 6 and the combustion chamber 5. It is also noted in Figures 1 to 8 that the lamination duct 7 opens projecting into the combustion chamber 5 in the form of a protruding ejection dome 25 which houses the pre-ignition chamber by torch 23 and which open out the gas ejection orifices 24 which, according to this example, are oriented towards the combustion chamber 5. It will be noted in passing that the seat of open Valve 20 is arranged in the protruding ejection dome 25.
Accessoirement, on remarque en figures 1 à 8 que la face côté cavité 14 du clapet de stratification 13 expose un dôme aérodynamique 29 qui permet notamment de diriger le flux de gaz vers les orifices d'éjection des gaz 24 en offrant audit flux le moins de résistance possible et en générant dans ledit flux le moins de turbulences possibles. Incidentally, it should be noted in FIGS. 1 to 8 that the cavity-side face 14 of the laminating valve 13 exposes an aerodynamic dome 29 which makes it possible, in particular, to direct the flow of gas towards the gas ejection orifices 24 by offering the said flow the least amount of gas. resistance and generating in said flow the least possible turbulence.
On remarque aussi que le clapet de stratification 13 est axialement plus épais en sa périphérie qu'en son centre. Cette particularité permet audit clapet 13 d'être à la fois le plus léger possible et le plus résistant aux chocs possibles, tout en assurant son refroidissement le plus efficacement possible un niveau du contact entre ses portées de clapet 19, 21 et les sièges 18, 20 avec lesquels coopèrent lesdites portées 19, 21. A titre d'exemple non- limitatif, le clapet de stratification 13 peut être réalisé dans un superalliage mécaniquement et thermiquement hautement résistant. Selon l'exemple de réalisation de la préchambre d'allumage à clapet 1 suivant l'invention montré en figures 1 à 8 et pris ici à titre d'illustration du fonctionnement de ladite préchambre 1 , nous considérerons que le diamètre des orifices d'éjection des gaz 24 vaut douze centièmes de millimètre tandis que la course totale maximale que peut parcourir le clapet de stratification 13 entre le siège d'obturation de clapet 18 et le siège d'ouverture de clapet 20 vaut quinze centièmes de millimètre. Pour comprendre le fonctionnement de la préchambre d'allumage à clapet 1 selon l'invention, il est ici utile d'en décomposer le fonctionnement durant les quatre temps du moteur à combustion interne 2, en relation avec les figures 3 à 8. Considérons que le moteur à combustion interne 2 opère avec une charge principale 30 air-essence approximativement stœchiométrique fortement diluée par des gaz d'échappement recirculés refroidis dits « EGR refroidi ». Ladite charge 30 est donc résistante à l'inflammation et n'est en rien favorable à un développement rapide de sa combustion dans l'espace tridimensionnel de la chambre de combustion 5. It is also noted that the laminating valve 13 is axially thicker at its periphery than at its center. This feature allows said valve 13 to be both the lightest possible and the most resistant to possible shocks, while ensuring its cooling as effectively as possible a level of contact between its valve seats 19, 21 and the seats 18, 20 with which cooperate said bearing surfaces 19, 21. By way of non-limiting example, the laminating valve 13 can be made in a mechanically and thermally highly resistant superalloy. According to the embodiment of the ignition prechamber valve 1 according to the invention shown in Figures 1 to 8 and taken here as an illustration of the operation of said prechamber 1, we consider that the diameter of the ejection orifices gas 24 is equal to twelve hundredths of a millimeter while the maximum total travel that can traverse the laminating valve 13 between the shutter valve seat 18 and the valve opening seat 20 is worth fifteen hundredths of a millimeter. To understand the operation of the ignition prechamber valve 1 according to the invention, it is useful here to break down the operation during the four stages of the internal combustion engine 2, in connection with Figures 3 to 8. Consider that the internal combustion engine 2 operates with a substantially stoichiometric main air-fuel charge substantially diluted by cooled recirculated exhaust gases known as "cooled EGR". Said charge 30 is therefore resistant to ignition and is in no way conducive to rapid development of its combustion in the three-dimensional space of the combustion chamber 5.
A ce titre, il est attendu de la charge pilote 9 qui va être mise en œuvre par la préchambre d'allumage à clapet 1 suivant l'invention doit présenter la plus grande efficacité possible non seulement à initialiser la combustion de la charge principale 30, mais aussi à développer ladite combustion en un temps le plus court possible. Il est entendu que ces deux objectifs sont directement servis par la préchambre d'allumage à clapet 1 selon l'invention. As such, it is expected that the pilot charge 9 which will be implemented by the valve ignition prechamber 1 according to the invention must have the greatest possible efficiency not only to initialize the combustion of the main charge 30, but also to develop said combustion in the shortest possible time. It is understood that these two objectives are directly served by the ignition prechamber valve 1 according to the invention.
Selon l'exemple non-limitatif de réalisation de la préchambre d'allumage à clapet 1 suivant l'invention pris ici pour en illustrer le fonctionnement, nous supposerons que la charge pilote 9 contient un virgule six pourcent du carburant que contient la charge principale 30, ladite charge pilote 9 étant constituée d'un mélange comburant-carburant AF facilement inflammable au moyen d'une étincelle. According to the nonlimiting example embodiment of the valve ignition prechamber 1 according to the invention taken here to illustrate its operation, we will assume that the pilot charge 9 contains a comma six percent of the fuel contained in the main charge. , said pilot charge 9 consisting of an AF fuel-fuel mixture that is highly flammable by means of a spark.
Nous décomposerons ici le cycle à quatre temps de Otto ou Beau de Rochas selon le séquencement usuel. Here we will decompose the four-stroke cycle of Otto or Beau de Rochas according to the usual sequencing.
En phase d'admission, le piston 31 du moteur à combustion interne 2 descend dans le cylindre 4 avec lequel il coopère ce qui a pour effet d'introduire dans ce dernier une charge principale 30 en provenance du conduit d'admission 32 et via la soupape d'admission 34 maintenue ouverte. In the intake phase, the piston 31 of the internal combustion engine 2 descends into the cylinder 4 with which it cooperates, which has the effect of introducing into the latter a main charge 30 coming from the intake duct 32 and via the intake valve 34 kept open.
Durant ladite phase, la pression qui règne dans la chambre de combustion 5 est plus basse que la pression qui règne dans la cavité de stratification 6. En conséquence et comme le montre la figure 3, le clapet de stratification 13 reste plaqué sur le siège d'ouverture de clapet 20 avec lequel il coopère et la cavité de stratification 6 est mise en communication avec la chambre de combustion 5 par les orifices d'éjection des gaz 24 via la préchambre d'allumage par torche 23. During said phase, the pressure prevailing in the combustion chamber 5 is lower than the pressure that prevails in the lamination cavity 6. As a result and as shown in FIG. 3, the laminating valve 13 remains plated on the seat of FIG. valve opening 20 with which it cooperates and the lamination cavity 6 is placed in communication with the combustion chamber 5 through the gas ejection ports 24 via the torch ignition pre-chamber 23.
Le piston 31 ayant atteint son Point Mort Bas, la soupape la soupape d'admission 34 se referme et le piston 31 entame sa remontée dans le cylindre 4, vers son Point Mort Haut. The piston 31 having reached its low dead point, the valve the inlet valve 34 closes and the piston 31 begins its ascent in the cylinder 4, to its top dead center.
Ce faisant, ledit piston 31 comprime la charge principale 30 et la pression qui règne dans la chambre de combustion 5 devient plus élevée que celle qui règne dans la cavité de stratification 6. La différence de pression entre ladite chambre 5 et ladite cavité 6 s'accroît d'autant plus rapidement que d'une part, la section des orifices d'éjection des gaz 24 est faible et que d'autre part, un faible jeu radial est laissé entre le clapet de stratification 13 et la paroi interne de la préchambre d'allumage par torche 23, quelle que soit la position dudit clapet 13 par rapport à ladite préchambre 23. In doing so, said piston 31 compresses the main charge 30 and the pressure prevailing in the combustion chamber 5 becomes higher than that prevailing in the lamination cavity 6. The pressure difference between said chamber 5 and said cavity 6 increases all the more rapidly as, on the one hand, the section of the gas ejection orifices 24 is small and, on the other hand, a small radial clearance is left between the stratification valve 13 and the inner wall of the ignition pre-chamber by torch 23, regardless of the position of said valve 13 relative to said prechamber 23.
Pour aller de la chambre de combustion 5 à la cavité de stratification 6, les gaz constitutifs de la charge principale 30 n'ont pratiquement d'autre passage que celui que constituent les orifices d'éjection des gaz 24. To go from the combustion chamber 5 to the lamination cavity 6, the gases constituting the main charge 30 have virtually no other passage than that constituted by the gas ejection orifices 24.
Ces derniers ne laissant qu'une section de passage limitée auxdits gaz, la différence entre la pression exercée sur la face côté cavité 14 et celle exercée sur la face côté chambre 15 s'accroît, ce qui a pour effet de plaquer le clapet de stratification 13 sur le siège d'obturation de clapet 18 avec lequel il coopère. Cette situation est clairement illustrée par la figure 4. The latter leaving only a passage section limited to said gases, the difference between the pressure exerted on the cavity side face 14 and that exerted on the chamber side face 15 increases, which has the effect of pressing the laminating valve 13 on the shutter valve seat 18 with which it cooperates. This situation is clearly illustrated in Figure 4.
On notera que le temps nécessaire au clapet de stratification 13 pour d'une part, rompre le contact qu'il forme avec le siège d'ouverture de clapet 20 avec lequel il coopère et d'autre part, entrer en contact avec le siège d'obturation de clapet 18, vaut quelques degrés de rotation du vilebrequin 37 voire un ou deux degrés seulement de ladite rotation, ces valeurs n'étant données qu'à titre indicatif. It will be noted that the time required for the laminating valve 13 to firstly break the contact that it forms with the valve opening seat 20 with which it cooperates and secondly to come into contact with the seat. shutter 18, is worth a few degrees of rotation of the crankshaft 37 or even one or two degrees only of said rotation, these values being given only as an indication.
Ce faisant, le clapet de stratification 13 obture le conduit de stratification 7 et la chambre de combustion 5 ne communique plus avec la cavité de stratification 6. La pression qui continue à augmenter dans la chambre de combustion 5 du fait de la montée du piston 31 dans le cylindre 4 n'a plus de conséquence sur la pression qui règne dans la cavité de stratification 6, ladite pression restant stable. In doing so, the laminating valve 13 closes the lamination duct 7 and the combustion chamber 5 no longer communicates with the lamination cavity 6. The pressure which continues to increase in the combustion chamber 5 due to the rise of the piston 31 in the cylinder 4 has no further effect on the pressure in the lamination cavity 6, said pressure remaining stable.
Quelques degrés de vilebrequin après que le clapet de stratification 13 ait obturé le conduit de stratification 7, l'injecteur de stratification 8 commence à injecter la charge pilote 9 dans la cavité de stratification 6. Cette situation est illustrée en figure 5. La température des gaz constitutifs de ladite charge 9 est selon cet exemple de l'ordre de quatre-vingt degrés. A few degrees of crankshaft after the laminating valve 13 has closed the lamination pipe 7, the lamination injector 8 begins to inject the pilot charge 9 into the lamination cavity 6. This situation is illustrated in FIG. constituent gases of said charge 9 is according to this example of the order of eighty degrees.
Le débit de l'injecteur a été calculé pour que la pression qui règne dans la cavité de stratification 6 reste toujours plus basse que celle qui règne dans la chambre de combustion 5 de sorte que le clapet de stratification 13 ne décolle jamais du siège d'obturation de clapet 18 avec lequel il coopère via sa portée de clapet côté cavité 19. The flow rate of the injector has been calculated so that the pressure in the lamination cavity 6 remains always lower than that which prevails in the combustion chamber 5 so that the laminating valve 13 never takes off from the seat. shutter valve 18 with which it cooperates via its valve seat side cavity 19.
Quelques degrés de vilebrequin 37 avant le Point Mort Haut du piston 31 , la pression régnant dans la chambre de combustion 5 et à laquelle est soumise la charge principale 30 a atteint près de quarante bars cependant que la pression dans la cavité de stratification 6 a atteint vingt bars. L'injecteur de stratification 8 cesse d'injecter la charge pilote 9 dans la cavité de stratification 6. A few degrees of crankshaft 37 before the top dead center of the piston 31, the pressure prevailing in the combustion chamber 5 and to which the main load 30 is subjected has reached nearly forty bar while the pressure in the lamination cavity 6 has reached twenty bars. The lamination injector 8 stops injecting the pilot charge 9 into the lamination cavity 6.
Le piston 31 arrivant au voisinage de son Point Mort Haut et comme l'illustre la figure 6, un courant haute-tension est appliqué aux bornes de la bougie d'allumage 12. Cette dernière met à feu la charge pilote 9 contenue dans la cavité de stratification 6. On remarquera d'ailleurs que la pression de seulement vingt bars régnant dans ladite cavité 6 a permis de n'appliquer qu'une tension modérée aux bornes de la bougie d'allumage 12. The piston 31 arriving in the vicinity of its Top Dead Center and as shown in Figure 6, a high-voltage current is applied across the spark plug 12. The latter ignites the pilot charge 9 contained in the cavity of stratification 6. It will be noted moreover that the pressure of only twenty bar prevailing in said cavity 6 allowed to apply only a moderate tension across the spark plug 12.
Comme le montre la figure 6, la charge pilote 9 étant constituée d'un mélange comburant- carburant AF facilement inflammable, la flamme initialisée par la bougie d'allumage 12 se propage très rapidement dans la charge pilote 9 dont la température augmente tout aussi rapidement, de même que la pression régnant dans la cavité de stratification 6. As shown in FIG. 6, since the pilot charge 9 consists of a highly flammable AF comburent-fuel mixture, the flame initialized by the spark plug 12 propagates very rapidly in the pilot charge 9, the temperature of which increases just as rapidly. , as well as the pressure in the lamination cavity 6.
Lorsque ladite pression atteint par exemple quarante cinq bars - c'est à dire cinq bars de plus que la pression qui règne dans la chambre de combustion 5, le clapet de stratification 13 a déjà parcouru les quinze centièmes de millimètre. Ce faisant, ledit clapet 13 a décollé de son contact avec le siège d'obturation de clapet 18, puis est venu se reposer sur le siège d'ouverture de clapet 20. Cette situation est également montrée en figure 6. Pendant son parcours, le clapet de stratification 13 a progressivement découvert les orifices d'éjection des gaz 24, et les gaz brûlants en provenance de la cavité de stratification 6 - qui ont été par exemple portés à une température de quelque deux mille degrés Celsius - ont commencé à être éjectés sous forme de torches par lesdits orifices 24, via la préchambre d'allumage par torche 23, et au niveau du dôme d'éjection protubérant 25. On a illustré en figure 6 cet effet prévu par la préchambre d'allumage à clapet 1 suivant l'invention. When said pressure reaches for example forty five bars - that is to say five bars more than the pressure prevailing in the combustion chamber 5, the stratification valve 13 has already traveled fifteen hundredths of a millimeter. In doing so, said valve 13 took off from its contact with the shutter valve seat 18, then came to rest on the valve opening seat 20. This situation is also shown in Figure 6. During its journey, the laminating valve 13 has gradually discovered the gas ejection orifices 24, and the hot gases from the lamination cavity 6 - which have been, for example, brought to a temperature of about two thousand degrees Celsius - have begun to be ejected in the form of torches by said orifices 24, via the ignition prechamber torch 23, and at the protruding ejection dome 25. This figure is illustrated by this effect provided by the ignition pre-ignition chamber 1 according to the 'invention.
La pression continuant à monter dans la cavité de stratification 6, la pression dans ladite cavité 6 est désormais supérieure de vingt bars à celle régnant dans la chambre de combustion 5. En conséquence, les gaz brûlants voient leur pression chuter de vingt bars lors de leur passage au travers des orifices d'éjection des gaz 24 si bien que leur température tombe aux environs de mille trois cent degrés. En contrepartie, lesdits gaz se trouvent animés d'une grande vitesse qui leur permet de pénétrer profondément dans le volume de la chambre de combustion 5. Ce faisant, lesdits gaz brûlants enflamment les gaz environnants constitutifs de la charge principale 30. Outre libérer sous forme de chaleur l'énergie du carburant qu'ils contiennent, lesdits gaz environnants se retrouvent animés d'une grande vitesse locale par lesdits gaz brûlants, ladite vitesse se matérialisant sous la forme de micro turbulences. Le plissement du front de flamme qui résulte desdites micro turbulences promeut le développement de la combustion, laquelle se propage rapidement à l'ensemble de la charge principale 30 et dans l'entièreté du volume de la chambre de combustion 5. As the pressure continues to rise in the lamination cavity 6, the pressure in said cavity 6 is now twenty bars greater than that prevailing in the combustion chamber 5. As a result, the hot gases have their pressure drop by 20 bar when they are heated. passing through the gas ejection orifices 24 so that their temperature falls around one thousand three hundred degrees. In return, said gases are animated with a high speed which allows them to penetrate deeply into the volume of the combustion chamber 5. In doing so, said hot gases ignite the surrounding gases constituting the main charge 30. In addition release in form heat of the energy of the fuel they contain, said surrounding gases are found animated by a high local velocity by said hot gases, said velocity materializing in the form of micro turbulence. The folding of the flame front resulting from said micro turbulence promotes the development of combustion, which propagates rapidly to the entire main charge 30 and in the entire volume of the combustion chamber 5.
On remarque que l'efficacité de la préchambre d'allumage à clapet 1 suivant l'invention à développer ladite combustion est d'autant plus grande que les torches de gaz brûlants formées tout autour du dôme d'éjection protubérant 25 mettent à feu la charge principale 30 en de multiples endroits de la chambre combustion 5. It will be noted that the effectiveness of the ignition pre-ignition chamber 1 according to the invention in developing the said combustion is all the greater as the hot gas torches formed around the protruding ejection dome 25 ignite the charge. main 30 in multiple places of the combustion chamber 5.
En effet, une fois initialisée radialement depuis le centre vers la périphérie de la chambre combustion 5, la combustion de ladite charge 30 se développe dans une deuxième phase radialement depuis la périphérie de ladite chambre 5 vers le centre de ladite chambre 5, et tangentiellement entre chaque torche de gaz brûlants sortante du dôme d'éjection protubérant 25 via les orifices d'éjection des gaz 24. Une fois le mélange comburant-carburant AF constitutif de la charge pilote 9 intégralement brûlé et en majeure partie éjecté sous la forme de jets de gaz brûlants via les orifices d'éjection des gaz 24, la combustion se développe dans la chambre de combustion 5 et la pression régnant dans cette dernière devient rapidement supérieure à celle régnant dans la cavité de stratification 6. Indeed, once initialized radially from the center to the periphery of the combustion chamber 5, the combustion of said load 30 develops in a second phase radially from the periphery of said chamber 5 towards the center of said chamber 5, and tangentially between each flaming gas torch coming out of the ejection dome protruding through the gas ejection ports 24. Once the combustion-fuel mixture AF constituting the pilot charge 9 completely burned and largely ejected in the form of hot gas jets via the gas ejection orifices 24, combustion develops in the combustion chamber 5 and the pressure prevailing in the latter quickly becomes greater than that prevailing in the lamination cavity 6.
Aussi, dès que cette situation est atteinte, la face côté chambre 15 du clapet de stratification 13 reçoit une pression supérieure à celle qui s'exerce sur la face côté cavité 14 dudit du clapet 13. Il résulte de ceci que le clapet de stratification 13 se déplace rapidement sur quinze centièmes de millimètres en direction de la cavité de stratification 6, et vient se plaquer de façon étanche sur le siège d'obturation de clapet 18 avec lequel il coopère. Cette situation est illustrée en figure 7. La combustion de la charge principale 30 s'opérant très rapidement malgré la forte teneur en « EGR refroidi » de ladite charge 30, ladite combustion est achevée seulement quelques degrés de vilebrequin 37 après le Point Mort Haut du piston 31 . Le rendement thermodynamique du moteur à combustion interne 2 va ainsi pouvoir être maximal car la détente n'a qu'à peine débuté tandis que l'intégralité de l'énergie contenue dans le carburant constitutif de la charge principale 30 a été libérée. Also, as soon as this situation is reached, the chamber-side face 15 of the stratification valve 13 receives a pressure greater than that which is exerted on the cavity-side face 14 of the valve 13. This results from the fact that the laminating valve 13 moves quickly fifteen hundredths of a millimeter towards the lamination cavity 6, and is pressed tightly on the shutter valve seat 18 with which it cooperates. This situation is illustrated in FIG. 7. Since the combustion of the main charge 30 operates very rapidly despite the high content of "cooled EGR" of the said charge 30, the said combustion is completed only a few degrees of crankshaft 37 after the Top Dead Center of the piston 31. The thermodynamic efficiency of the internal combustion engine 2 will thus be able to be maximum because the trigger has barely started while the entire energy contained in the fuel constituting the main charge 30 has been released.
Le clapet de stratification 13 restant fermé comme illustré en figure 7, le piston 31 amorce alors sa course de détente et commence à transformer en travail une grande partie de la chaleur des gaz chauds et brûlés de la charge principale 30. Ledit travail est transmis au vilebrequin 37 par ledit piston 31 via la bielle 38. As the laminating valve 13 remains closed as illustrated in FIG. 7, the piston 31 then starts its expansion stroke and begins to transform into work a large part of the heat of the hot and burned gases of the main charge 30. Said work is transmitted to the crankshaft 37 by said piston 31 via the connecting rod 38.
Ce faisant, la pression et la température régnant dans la chambre de combustion 5 baisse graduellement. Lorsque ladite pression atteint par exemple soixante bars, la pression qui subsiste dans la cavité de stratification 6 devient supérieure à celle régnant dans la chambre de combustion 5. In doing so, the pressure and the temperature prevailing in the combustion chamber 5 gradually decreases. When said pressure reaches for example sixty bar, the pressure remaining in the lamination cavity 6 becomes greater than that prevailing in the combustion chamber 5.
Il résulte de cette situation que la portée de clapet côté chambre 21 du clapet de stratification 13 revient au contact du siège d'ouverture de clapet 20, ce qu'illustre la figure 8. Le clapet de stratification 13 découvre à nouveau totalement les orifices d'éjection des gaz 24 et les gaz brûlants résiduels de la charge pilote 9 sont éjectés via lesdits orifices 24 pour être détendus par le piston 31 , en même temps qu'est poursuivie la détente de la charge principale 30. As a result of this situation, the chamber-side valve seat 21 of the laminating valve 13 returns to contact with the valve opening seat 20, as illustrated in FIG. 8. The laminating valve 13 again completely uncovers the ejection of the gases 24 and the residual hot gases of the pilot charge 9 are ejected via said orifices 24 to be expanded by the piston 31, at the same time as the expansion of the main charge 30 is continued.
Une fois que le piston 31 a atteint son Point Mort Bas, la soupape d'échappement 35 s'ouvre et les gaz finissent de se détendre dans le conduit d'échappement 33 avant d'être activement refoulés par ledit piston 31 dans ledit conduit 33 lorsque ledit piston 31 remonte dans le cylindre 4 en direction de son Point Mort Haut. Once the piston 31 has reached its lowest dead point, the exhaust valve 35 opens and the gases finish to relax in the exhaust duct 33 before being actively discharged by said piston 31 into said duct 33 when said piston 31 rises in the cylinder 4 towards its top dead center.
Pendant toute la course d'échappement du piston 31 , la cavité de stratification 6 peut finir d'expulser les gaz brûlants résiduels de la charge pilote 9 via les orifices d'éjection des gaz 24. Cette expulsion peut également se poursuivre pendant la phase d'admission qui marque le départ d'un nouveau cycle à quatre temps de Otto ou Beau de Rochas selon le séquencement usuel. Comme on a pu le constater au long de l'explication qui vient d'être donnée, contrairement aux dispositifs connus selon l'état de l'art, la préchambre d'allumage à clapet 1 selon l'invention a permis de limiter la pression d'injection de la charge pilote 9 à approximativement vingt bars. Cette pression relativement basse a permis non seulement de limiter la consommation énergétique du compresseur de stratification 36, mais aussi d'en limiter la complexité dans la mesure où un seul étage de compression a suffi pour atteindre ladite pression. Throughout the exhaust stroke of the piston 31, the lamination cavity 6 can finish expelling residual hot gases from the pilot charge 9 via the gas ejection ports 24. This expulsion can also continue during the admission phase which marks the start of a new four-stroke cycle of Otto or Beau de Rochas according to the usual sequencing. As can be seen throughout the explanation just given, unlike known devices according to the state of the art, the ignition prechamber valve 1 according to the invention has limited pressure injecting the pilot charge 9 at approximately twenty bars. This relatively low pressure has not only made it possible to limit the energy consumption of the laminating compressor 36, but also to limit the complexity thereof in that a single compression stage was sufficient to reach said pressure.
En outre, seul un virgule six pourcent du carburant que contient la charge principale 30 a suffi pour assurer un allumage à la fois puissant de ladite charge 30 - de l'ordre de deux cent fois plus puissant qu'un allumage par étincelle conventionnel, ledit allumage ayant eu lieu en de multiples endroits répartis de façon homogène dans l'espace tridimensionnel de la chambre de combustion 5. La pression de compression basse de la charge pilote 9 d'une part, et la faible quantité de mélange comburant-carburant AF contenue dans ladite charge 9 d'autre part, on toutes deux concouru à minimiser l'énergie consommée par le compresseur de stratification 36 pour comprimer ladite charge pilote 9 Ceci a donc permis de minimiser la quantité de travail que le compresseur de stratification 36 a directement ou indirectement ponctionné sur le vilebrequin 37 du moteur à combustion interne 2, ce qui a contribué à maximiser le rendement énergétique final dudit moteur 2. In addition, only one point six percent of the fuel contained in the main charge 30 was sufficient to provide a powerful ignition of said load 30 - of the order of two hundred times more powerful than a conventional spark ignition, said ignition having taken place in multiple locations homogeneously distributed in the three-dimensional space of the combustion chamber 5. The low compression pressure of the pilot charge 9 on the one hand, and the small amount of AF comburent-fuel mixture contained in said load 9, on the other hand, both of them have contributed to minimizing the energy consumed by the laminating compressor 36 to compress said pilot load 9. This has thus made it possible to minimize the amount of work that the laminating compressor 36 has directly or indirectly punctured on the crankshaft 37 of the internal combustion engine 2, which contributed to maximize the final energy efficiency of said engine 2.
En outre, on remarquera que le temps alloué à l'injecteur de stratification 8 pour injecter la charge pilote 9 dans la cavité de stratification 6 a été presque équivalent au temps alloué à la phase de compression du moteur à combustion interne 2 selon le cycle à quatre temps de Otto ou Beau de Rochas. Ceci a permis d'une part, de limiter la dynamique recherchée pour ledit injecteur 8, et d'autre part, de limiter la pression d'alimentation dudit injecteur 8. Ceci contribue notamment à réduire le coût et la complexité dudit injecteur 8 tout en lui conférant une meilleure fiabilité, et une grande durabilité. In addition, it will be noted that the time allowed for the lamination injector 8 to inject the pilot charge 9 into the lamination cavity 6 has been almost equivalent to the time allocated to the compression phase of the internal combustion engine 2 according to the cycle at four beats of Otto or Beau de Rochas. This made it possible, on the one hand, to limit the dynamics sought for said injector 8, and on the other hand, to limit the supply pressure of said injector 8. This contributes in particular to reducing the cost and the complexity of said injector 8 while giving it better reliability, and great durability.
Pendant toute la durée de l'injection de la charge pilote 9 dans la cavité de stratification 6, on remarquera que ladite charge 9 n'a été mélangée qu'avec très peu de gaz brûlés résiduels. La teneur en dits gaz brûlés de ladite charge 9 avant son allumage par étincelle n'a été que d'un pour mille environ, ce qui est extrêmement faible. During the entire duration of the injection of the pilot charge 9 into the lamination cavity 6, it will be noted that said charge 9 has been mixed with only a small amount of residual flue gases. The content of said flue gases from said charge 9 before its spark ignition was only about one per thousand, which is extremely low.
Il a résulté de ceci que la charge pilote 9 a conservé une inflammabilité maximale qui, combinée à une pression de seulement vingt bars lorsque la bougie d'allumage 12 a mis à feu ladite charge 9, a permis de limiter la tension à appliquer aux bornes de ladite bougie 12 pour obtenir ladite mise à feu. Il résulte de ceci une moindre consommation électrique pour alimenter ladite bougie 12, et une durabilité accrue de cette dernière. On aura remarqué que durant la séquence de fonctionnement illustrée par étapes successives depuis la figure 3 jusqu'à la figure 8, la charge thermique appliquée au dôme d'éjection protubérant 25 a été réduite à son strict minimum en ce que les gaz portés à haute température ne sont passé au travers des orifices d'éjection des gaz 24 qu'une seule fois, contre trois pour toute préchambre d'allumage selon l'état de l'art, une telle préchambre étant dénuée de clapet de stratification 13. As a result of this, the pilot charge 9 has maintained a maximum flammability which, combined with a pressure of only 20 bar when the spark plug 12 ignited said charge 9, has made it possible to limit the voltage to be applied across the terminals. of said spark plug 12 to obtain said firing. This results in a lower power consumption to power said candle 12, and increased durability of the latter. It will be noted that during the sequence of operation illustrated in successive steps from Fig. 3 to Fig. 8, the thermal load applied to the protruding ejection dome 25 has been reduced to a bare minimum in that the gases raised to high temperature have passed through the gas ejection orifices 24 only once, compared to three for any prechamber according to the state of the art, such prechamber being devoid of laminating valve 13.
Cette particularité a notamment permis d'éviter que ledit dôme 25 ne monte à trop haute température et ne forme un point chaud susceptible de provoquer des allumages intempestifs et non-commandés de la charge principale 30 conduisant au cliquetis et à l'endommagement voire à la destruction du moteur à combustion interne 2. En outre, cette propension du dôme d'éjection protubérant 25 à rester à basse température permet de prévoir un taux de compression élevé pour le moteur à combustion interne 2, sans risque de cliquetis. This particularity has notably made it possible to prevent said dome from rising to too high a temperature and forming a hot spot liable to cause untimely and uncontrolled ignitions of the main charge leading to rattling and to the damage or even the In addition, this propensity of the protruding ejection dome 25 to remain at low temperature makes it possible to provide a high compression ratio for the internal combustion engine 2, without the risk of knocking.
Ainsi, la préchambre d'allumage à clapet 1 selon l'invention permet de réaliser des moteurs à combustion interne 2 à allumage commandé opérant sous fort taux d'EGR refroidi, quelle que soit la charge et le régime de rotation desdits moteurs 2, et sans compromettre la stabilité de combustion de ces derniers. Thus, the valve ignition prechamber 1 according to the invention makes it possible to produce internal combustion engines 2 with controlled ignition operating under a high rate of cooled EGR, whatever the load and the speed of rotation of said engines 2, and without compromising the combustion stability of these.
En conséquence dudit fort taux d'EGR, la pression d'admission desdits moteurs 2 est naturellement plus élevée à charges partielles que celle de moteurs à combustion interne 2 de même conception opérant sans EGR refroidi. Ceci réduit les pertes par pompage occasionnées par le réglage de la charge par la pression d'admission, ledit réglage étant par exemple opéré au moyen d'un papillon. As a result of said high rate of EGR, the intake pressure of said engines 2 is naturally higher at partial loads than that of internal combustion engines 2 of the same design operating without cooled EGR. This reduces the pumping losses caused by the adjustment of the load by the intake pressure, said adjustment being for example operated by means of a butterfly.
En outre, les moteurs à combustion interne 2 recevant la préchambre d'allumage à clapet 1 selon l'invention voient leurs pertes thermiques réduites, de même qu'est diminuée la quantité d'oxydes d'azote par kilowattheure produite par lesdits moteurs 2. Ceci résulte du fait que la combustion de la charge principale 30 s'opère à une température moyenne plus basse grâce à la possibilité qu'offre la préchambre d'allumage à clapet 1 selon l'invention d'introduire de l'EGR refroidi en forte proportions dans ladite charge 30. In addition, the internal combustion engines 2 receiving the ignition prechamber valve 1 according to the invention have their thermal losses reduced, as is the amount of nitrogen oxides per kilowatt hour produced by said engines 2. This results from the fact that the combustion of the main charge 30 takes place at a lower average temperature thanks to the possibility offered by the ignition prechamber valve 1 according to the invention to introduce EGR cooled strong. proportions in said load 30.
Dans ce contexte permis par la préchambre d'allumage à clapet 1 selon l'invention, le taux de compression des moteurs à combustion interne 2 peut être prévu plus élevé que celui des mêmes dits moteurs 2 opérants sans EGR refroidi et ceci, sans risque de cliquetis. Ceci est favorable au rendement desdits moteurs 2. In this context allowed by the valve ignition prechamber 1 according to the invention, the compression ratio of the internal combustion engines 2 can be expected to be higher than that of the said two operating engines without cooled EGR and this, without risk of rattling. This is favorable to the performance of said engines 2.
On remarquera en outre que la réduction des pertes par pompage et des pertes thermiques induite par la préchambre d'allumage à clapet 1 selon l'invention rend moins nécessaire une réduction importante de la cylindrée des moteurs à combustion interne 2 à iso-couple et iso-puissance par adjonction d'une suralimentation, par exemple par turbocompresseur. En effet, la suralimentation pourra être soit réduite soit inexistante tout en conservant des performances énergétiques élevées vis-à-vis de l'état de l'art. Il résulte de cet ensemble de caractéristiques et d'avantages conférés par la préchambre d'allumage à clapet 1 selon l'invention des moteurs à combustion interne 2 à prix de revient modéré, à faible consommation de carburant, à faibles émissions de dioxyde de carbone, et dont le post-traitement des polluants est assuré par un simple catalyseur trois-voies. It will further be noted that the reduction in pumping losses and thermal losses induced by the valve ignition pre-chamber 1 according to the invention makes it less necessary to significantly reduce the displacement of the internal combustion engines 2 to iso-torque and iso-torque. -power by adding a supercharging, for example by turbocharger. Indeed, the supercharging may be either reduced or non-existent while maintaining high energy performance vis-à-vis the state of the art. As a result of this set of characteristics and advantages conferred by the valve ignition prechamber 1 according to the invention, the internal combustion engines 2 are at moderate cost, with low fuel consumption and with low carbon dioxide emissions. , and whose post-treatment of pollutants is ensured by a simple three-way catalyst.
On notera qu'il n'est pas à exclure que la préchambre d'allumage à clapet 1 suivant l'invention puisse s'appliquer à d'autres domaines que les seuls moteurs à combustion interne. Ladite préchambre 1 peut par exemple s'appliquer à des cloueurs à gaz, à des armes à feu, ou à tout appareil nécessitant la mise à feu d'une charge principale au moyen d'une charge pilote avec la meilleure efficacité possible. Note that it can not be ruled out that the ignition prechamber valve 1 according to the invention can be applied to other areas that only internal combustion engines. Said antechamber 1 can for example be applied to gas nailers, firearms, or any device requiring the firing of a main load by means of a pilot load with the best possible efficiency.
Les possibilités de la préchambre d'allumage à clapet 1 suivant l'invention ne s'en limitent pas aux applications qui viennent d'être décrites et il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de ladite invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tout autre équivalent. The possibilities of the ignition prechamber valve 1 according to the invention are not limited to the applications just described and it must also be understood that the foregoing description has been given only to as an example and that it does not limit the field of said invention which one would not go out by replacing the execution details described by any other equivalent.

Claims

REVENDICATIONS
Préchambre d'allumage à clapet (1 ) pour moteur à combustion interne (2) lequel comporte une culasse (3) qui coiffe un cylindre (4) pour former une chambre de combustion (5) dans laquelle peut être brûlée une charge principale (30), caractérisée en ce qu'elle comprend : Valve ignition antechamber (1) for an internal combustion engine (2) which comprises a cylinder head (3) which caps a cylinder (4) to form a combustion chamber (5) in which a main charge (30) can be burned ), characterized in that it comprises:
• Au moins une cavité de stratification (6) qui d'une part, est aménagée dans la culasse (3) et est reliée à la chambre de combustion (5) par un conduit de stratification (7) et qui d'autre part, reçoit un injecteur de stratification (8) qui peut directement ou indirectement injecter dans ladite cavité (6) une charge pilote (9) préalablement mise sous pression par des moyens de compression (10), ladite charge (9) étant constituée d'un mélange comburant-carburant AF facilement inflammable au moyen d'une étincelle ; At least one lamination cavity (6) which is arranged in the cylinder head (3) and is connected to the combustion chamber (5) by a lamination duct (7) and which, on the other hand, receives a lamination injector (8) which can directly or indirectly inject into said cavity (6) a pilot charge (9) previously pressurized by compression means (10), said load (9) consisting of a mixture AF fuel oxidant highly flammable by means of a spark;
• Des moyens d'allumage (1 1 ) qui débouchent dans la cavité de stratification (6) et qui peuvent mettre à feu la charge pilote (9) ; • ignition means (1 1) which open into the lamination cavity (6) and which can ignite the pilot charge (9);
• Un clapet de stratification (13) qui peut obturer en tout ou partie le conduit de stratification (7) et qui expose d'une part, une face côté cavité (14) soumise à la pression des gaz régnant dans la cavité de stratification (6) et d'autre part, une face côté chambre (15) soumise à la pression des gaz régnant dans la chambre de combustion (1 1 ), ledit clapet de stratification (13) pouvant translater par rapport audit conduit (7) sous l'effet de la pression des gaz soit en direction de la cavité de stratification (6) lorsque ladite pression régnant dans cette dernière est inférieure à la pression régnant dans la chambre de combustion (5), soit en direction de ladite chambre (5) lorsque la pression régnant dans cette dernière est inférieure à la pression régnant dans cavité de stratification (6) ; • A stratification valve (13) which can completely or partially close the lamination duct (7) and which exposes, on the one hand, a cavity-side face (14) subjected to the pressure of the gases prevailing in the lamination cavity ( 6) and on the other hand, a chamber side face (15) subjected to the pressure of the gases in the combustion chamber (1 1), said laminating valve (13) being able to translate with respect to said duct (7) under the effect of the pressure of the gases either towards the lamination cavity (6) when said pressure prevailing therein is lower than the pressure prevailing in the combustion chamber (5), or towards said chamber (5) when the pressure prevailing in the latter is lower than the pressure prevailing in the lamination cavity (6);
• Au moins une butée de clapet côté cavité (16) qui détermine la position du clapet de stratification (13) la plus proche de la cavité de stratification (6) ; At least one cavity-side check stopper (16) which determines the position of the laminating valve (13) closest to the lamination cavity (6);
• Au moins une butée de clapet côté chambre (17) qui détermine la position du clapet de stratification (13) la plus proche de la chambre de combustion (5). • At least one chamber-side valve stop (17) which determines the position of the laminating valve (13) closest to the combustion chamber (5).
Préchambre d'allumage à clapet suivant la revendication 1 , caractérisée en ce que le clapet de stratification (13) obture en tout ou partie le conduit de stratification (7) lorsqu'il est au plus proche de la cavité de stratification (6) tandis qu'il ouvre ledit conduit (7) sur une plus large section lorsqu'il est positionné au plus proche de la chambre de combustion (5). Valve ignition chamber according to Claim 1, characterized in that the laminating valve (13) completely or partially closes the laminating duct (7) when it is closest to the lamination cavity (6) while it opens said duct (7) on a wider section when it is positioned closer to the combustion chamber (5).
Préchambre d'allumage à clapet suivant la revendication 1 , caractérisée en ce que la butée de clapet côté cavité (16) est constituée d'un siège d'obturation de clapet (18) aménagé dans le conduit de stratification (7) ou à l'une quelconque des extrémités dudit conduit (7), ledit siège (18) coopérant avec une portée de clapet côté cavité (19) que présente le clapet de stratification (13) en sa périphérie et/ou en son extrémité. Valve ignition chamber according to Claim 1, characterized in that the cavity-side valve abutment (16) consists of a valve closure seat (18) arranged in the laminating duct (7) or to any of the ends of said duct (7), said seat (18) cooperating with a cavity-side valve seat (19) which the lamination valve (13) has at its periphery and / or at its end.
4. Préchambre d'allumage à clapet suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le siège d'obturation de clapet (18) et la portée de clapet côté cavité (19) constituent une étanchéité quand ils sont au contact l'un de l'autre, ladite étanchéité empêchant tout gaz de passer au niveau dudit contact lorsque la pression qui règne dans la chambre de combustion (5) est supérieure à la pression qui règne dans la cavité de stratification4. Valve ignition chamber according to Claim 3, characterized in that the valve closing seat (18) and the cavity-side valve seat (19) form a seal when in contact with each other. other, said sealing preventing any gas from passing at said contact when the pressure in the combustion chamber (5) is greater than the pressure in the lamination cavity
(6) . (6).
5. Préchambre d'allumage à clapet suivant la revendication 1 , caractérisée en ce que la butée de clapet côté chambre (17) est constituée d'un siège d'ouverture de clapet (20) aménagé dans le conduit de stratification (7) ou à l'une quelconque des extrémités dudit conduit (7), ledit siège (32) coopérant avec une portée de clapet côté chambre (21 ) que présente le clapet de stratification (13) en sa périphérie et/ou en son extrémité. 6. Préchambre d'allumage à clapet suivant la revendication 5, caractérisée en ce que le siège d'ouverture de clapet (20) et la portée de clapet côté chambre (21 ) constituent une étanchéité quand ils sont au contact l'un de l'autre de sorte à empêcher tout gaz de passer au niveau dudit contact. 7. Préchambre d'allumage à clapet suivant la revendication 1 , caractérisée en ce que le clapet de stratification (13) comporte en son pourtour des moyens de guidage (22) qui maintiennent ledit clapet (13) approximativement centré dans le conduit de stratificationValve ignition chamber according to Claim 1, characterized in that the chamber-side valve stop (17) consists of a valve-opening seat (20) arranged in the lamination duct (7) or at any one end of said duct (7), said seat (32) cooperating with a chamber-side valve seat (21) which the lamination valve (13) has at its periphery and / or at its end. Valve ignition chamber according to Claim 5, characterized in that the valve opening seat (20) and the chamber-side valve seat (21) form a seal when in contact with one another. other so as to prevent any gas from passing at said contact. Valve ignition chamber according to Claim 1, characterized in that the laminating valve (13) has at its periphery guide means (22) which hold said valve (13) approximately centered in the laminating duct.
(7) , et approximativement dans la même orientation longitudinale que ledit conduit (7) et ceci, quelle que soit la position axiale dudit clapet (13) par rapport audit conduit (7). (7), and approximately in the same longitudinal orientation as said duct (7) and this, regardless of the axial position of said valve (13) relative to said duct (7).
8. Préchambre d'allumage à clapet suivant la revendication 5, caractérisée en ce que lorsque le siège d'ouverture de clapet (20) et la portée de clapet côté chambre (21 ) sont au contact l'un de l'autre, le clapet de stratification (13) forme avec le conduit de stratification (7) une préchambre d'allumage par torche (23) qui communique simultanément d'une part, avec la cavité de stratification (6), et d'autre part, avec la chambre de combustion (5) par l'intermédiaire d'au moins un orifice d'éjection des gazValve ignition chamber according to Claim 5, characterized in that when the valve opening seat (20) and the chamber-side valve seat (21) are in contact with one another, the laminating valve (13) forms with the laminating duct (7) a torch ignition pre-chamber (23) which simultaneously communicates with the laminating cavity (6) on the one hand, and with the combustion chamber (5) via at least one gas ejection port
(24) . (24).
9. Préchambre d'allumage à clapet suivant la revendication 8, caractérisée en ce que la paroi périphérique interne de la préchambre d'allumage par torche (23) est cylindrique tandis que le clapet de stratification (13) présente une périphérie circulaire et est logé à faible jeu radial dans ladite préchambre (23). 9. Ignition chamber valve according to claim 8, characterized in that the inner peripheral wall of the ignition prechamber torch (23) is cylindrical while the laminating valve (13) has a circular periphery and is housed at low radial clearance in said prechamber (23).
10. Préchambre d'allumage à clapet suivant la revendication 8, caractérisée en ce que le conduit de stratification (7) débouche en saillie dans la chambre de combustion (5) sous la forme d'un dôme d'éjection protubérant (25) qui héberge la préchambre d'allumage par torche (23) et duquel débouche l'orifice d'éjection des gaz (24). Valve ignition chamber according to Claim 8, characterized in that the lamination duct (7) protrudes into the combustion chamber (5) in the form of a protruding ejection dome (25) which houses the ignition prechamber torch (23) and which opens the gas ejection port (24).
1 1 . Préchambre d'allumage à clapet suivant la revendication 10, caractérisée en ce que le siège d'ouverture de clapet (20) est aménagé dans le dôme d'éjection protubérant1 1. Ignition chamber with valve according to claim 10, characterized in that the valve opening seat (20) is arranged in the protruding ejection dome.
(25) . (25).
12. Préchambre d'allumage à clapet suivant la revendication 1 , caractérisée en ce que lorsque le clapet de stratification (13) est positionné proche de la chambre de combustion (5) c'est à dire au voisinage voire au contact de la butée de clapet côté chambre (17) avec laquelle il coopère, ledit clapet (13) découvre au moins un orifice d'éjection des gaz (24) qui met en relation la cavité de stratification (6) avec la chambre de combustion (5). 12. Ignition chamber valve according to claim 1, characterized in that when the laminating valve (13) is positioned close to the combustion chamber (5), ie in the vicinity or in contact with the abutment of valve chamber side (17) with which it cooperates, said valve (13) discovers at least one gas ejection port (24) which relates the lamination cavity (6) with the combustion chamber (5).
13. Préchambre d'allumage à clapet suivant la revendication 1 , caractérisée en ce que les moyens d'allumage (1 1 ) sont constitués d'une bougie d'allumage (12) qui ferme la première extrémité d'un tube de liaison ajouré (26) qui traverse tout ou partie du volume interne de la cavité de stratification (6) et dont le corps est radialement traversé par au moins une lumière radiale (27) qui met en relation l'intérieur dudit tube (26) avec ledit volume interne, tandis que la deuxième extrémité dudit tube (26) reçoit le conduit de stratification (7) et le clapet de stratification (13), et cependant que l'électrode centrale (40) et l'électrode de masse (39) de ladite bougie (12) sont logées à l'intérieur du tube de liaison ajouré (26). 13. Ignition chamber valve according to claim 1, characterized in that the ignition means (1 1) consist of a spark plug (12) which closes the first end of a perforated connecting tube (26) which crosses all or part of the internal volume of the lamination cavity (6) and whose body is radially traversed by at least one radial slot (27) which connects the inside of said tube (26) with said volume internal, while the second end of said tube (26) receives the lamination duct (7) and the lamination valve (13), and yet that the central electrode (40) and the ground electrode (39) of said candle (12) are housed inside the perforated connecting tube (26).
14. Préchambre d'allumage à clapet suivant la revendication 1 , caractérisée en ce que la face côté cavité (14) expose un dôme aérodynamique (29). 14. Valve ignition chamber according to claim 1, characterized in that the cavity-side face (14) exposes an aerodynamic dome (29).
15. Préchambre d'allumage à clapet suivant la revendication 1 , caractérisée en ce que la face côté cavité (14) forme une électrode de masse (39) qui fait face à une électrode centrale (40) que comporte une bougie d'allumage (12) cette dernière constituant les moyens d'allumage (1 1 ). Valve ignition chamber according to Claim 1, characterized in that the cavity-side face (14) forms a ground electrode (39) which faces a central electrode (40) which comprises a spark plug ( 12) the latter constituting the ignition means (1 1).
16. Préchambre d'allumage à clapet suivant les revendications 3 et 5, caractérisée en ce que le clapet de stratification (13) est axialement plus épais en sa périphérie laquelle reçoit la portée de clapet côté cavité (19) et la portée de clapet côté chambre (21 ), qu'en son centre. 16. Valve ignition chamber according to claims 3 and 5, characterized in that the laminating valve (13) is axially thicker at its periphery which receives the cavity-side valve seat (19) and the side valve seat room (21), only in the center.
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