FR2485626A1

FR2485626A1 - Moteur diesel a chambre de precombustion et son procede de mise en oeuvre

Info

Publication number: FR2485626A1
Application number: FR8105667A
Authority: FR
Inventors: William Taylor Webber
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1980-06-30
Filing date: 1981-03-20
Publication date: 1981-12-31
Also published as: JPS5749015A; FR2485626B1; DE3125467A1; US4300497A; SE8101907L; SE8103227L

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES MOTEURS DIESEL A CHAMBRE DE PRECOMBUSTION. ELLE SE RAPPORTE A UN MOTEUR DANS LEQUEL DU CARBURANT EST PRECHAUFFE ET VAPORISE DANS UNE CHAMBRE 20 DE PRECOMBUSTION AYANT DES AILETTES 28. CETTE CHAMBRE EST ISOLEE DU CYLINDRE 6 PAR UNE SOUPAPE 16 ENTRE UN MOMENT VOISIN DU DEBUT DE LA COURSE DE COMPRESSION SI BIEN QUE, LORSQUE LA SOUPAPE 16 S'OUVRE, DE L'AIR SE RUE DANS LA CHAMBRE DE PRECOMBUSTION ET SE MELANGE BIEN AVEC LE CARBURANT VAPORISE. APPLICATION A L'AUGMENTATION DU RENDEMENT ET A LA REDUCTION DES EMISSIONS PARTICULAIRES DES MOTEURS DIESEL.

Description

La présente invention concerne les moteurs diesel

et en particulier un dispositif destiné à améliorer la com-

bustion du carburant dans ces moteurs.

Au cours des dernières années, la prise de cons-

cience de plus en plus importante des limites des réserves pétrolières mondiales a provoqué un intérêt croissant pour

les moteurs diesel qui ont un rendement en carburantssupé-

rieur à celui des moteurs classiques à combustion interneg et qui peuvent braler d'autres carburants. Malheureusement,

les moteurs diesel s= encore loin de donner des rende-

ments voisins de 1 et ils ont tendance à dépasser les mo-

teurs classiques pour la production d'émissions particu-

laires qui contribuenL à la pollution atmosphériqueo On a

consacré des efforts nDYcJreux a l'samulioration du rende-

ment des moteurs diese t t la réduction de la production

de leurs émissions polaluanteso Cependant, aucune des tech-

niques connues ne donaie totalemen-t satisfaction et les

recherches de perfectionnement se poursuivent.

L'invention remédie a ces inconvénients et con-

cerne un moteur diese poerfectionna ayant des caractéris-

tiques de combustion. 'ement améliorées si bien que le rendement en car!iura-? est nettement accru et simultanément

les émissions partiicl aires sont réduites de façon impor-

tante0 Les avantages ie l2invention sont de préférence dus au préchauffage et à la vaporisation préalable du carbur.ant

dans la chambre de prlcombustion, avec isolement de celle-

ci par rapport au cylindre du moteur pendant une partie im-

portante du cyc.e de celui -ci afin que les conditions main-

tenues de pression e: de température conviennent mieux à la vaporisation, de c'air omprimé provenant du cylindre du moteur étant admis dans la chambre de précombustion au voisinage de la fin de la course de compression du piston

en outre, la chambre de précormbustion a une forme qui fa-

cilite le mélange de cet air comprimé avec le carburant préchauffé et vaporise,

L'invention concerne donc un moteur diesel per-

fectionné.

Elle se rapporte à un tel moteur ayant d'excel-

lentes caractéristiques de combustion.

Elle se rapporte à un moteur diesel ayant un ex-

cellent rendement en carburant.

Elle se rapporte aussi à un moteur diesel dont les émissions particulaires dans les gaz d'échappement sont re duites. Plus précisément, elle concerne un moteur diesel dans lequel le carburant est préchauffé et vaporisé dans la chambre de précombustion pendant une partie importante du

cycle du moteur au cours de laquelle la chambre de précom-

bustion est isolée du Cylindre par une soupape d.'Lsolement.

L'air comprime provenant du cylindre moteur est nis dans la chambre de àrrombustion 3 proximité de la fin de la

course de co{pression, par ouverture synchroniséede la sou-

pape d'isolement. Ta chaïiibre de précombustion a avantageuse-

ment une configuration qui facilite le mélange de l'air com-

primé avec le carburant préchauffé et vaporisé.

D'autres carac-hristiques et avantages de l'inven-

tion ressortiront miux -e la description qui va suivre, fai-

te en référence au dessin annexë sur lequel: la figure I est une coupe schématique d'un moteur diesel selon ljinventicn; la figure 2 est une coupe transversale du moteur diesel de la Figure 1, suivant la ligne 2-2;

la figure 3 est.nalogue à la figure 2 mais re-

présente une iarnt -e -motelr selon l'invention; et

- ia figure 4 est une coupe verticale de la cham-

bre de précoribusion de}a figure 3.

Dans le mode de réalisation représenté à titre il-

lustratif sur la figure 1, un moteur diesel 2 a un piston 4 mobile dans un cylindre 6. La tête 8 du cylindre 6 a des orifices 10 et 120 Une soupape 14 représente les soupapes d'admission et/ou d'échappement destinées à la fermeture

de l'orifice 10 et elle est destinée à permettre l'admis-

sion d'air et l'évacuation des produits d'échappement, de manière classique. Une soupape 16 d'isolement se loge dans l'orifice 12 et est destinée à fermer celui-ci à partir du

début de la course d'échappement dupiston 4 jusqu'à proxi-

mité de la fin de la course de compression. L'orifice 12

communique, par une gorge 18, avec une chambre 10 de pré-

combustion et un injecteur convenable 22.de carburant transmet du carburant dans la chambre 20 de précombustion, de manière prédéterminée, avant inflammation ultérieure par

un dispositif convenable tel qu'une bougie 24 de réchauffage.

Comme indiqué sur les figures 1 et 2, la chambre 20 de précombustion peut être entoureepar une couche 26 d'une céramique ou d'une autre matière convenable d'isolation thermique afin que les fuites de chaleur de la chambre 20 de combustion soient réduites et que la température de cette chambre soit comprise entre environ 200 et 5400C si bien que la vaporisation du carburant transmis par l'injecteur 2 est accrue. Le cas échéant, des ailettes 28 ou analogue peuvent être formées sur les parois de la chambre 20 afin qu'elles améliorent encore la transmission de chaleur au

carburant et en conséquence qu'elles facilitent la vaporisa-

tion. Dans une variante, un dispositif de chauffage tel que des fils 30 formant des résistances électriques, peut être incorporé aux parois de la chambre 20 de combustion et peut être alimenté par une source convenable non représentée afin que la température de la chambre 20 de précombustion se

trouve dans une plage voulue.

Comme représenté, la chambre 20 de précombustion a deux parties sensiblement circulaires 32 et 34 séparées par une partie de forme générale rectangulaire comme indiqué par le trait mixte 36 sur la figure 2. Les parties 32 et 34 sont destinées à favoriser le mélange de l'air entrant dans

la chambre 20 et à améliorer donc ce mélange avec le car-

burant vaporisé préalablement. Bien qu'on ait représenté les parties 32 et 34 avec une forme générale circulaire, il faut noter que d'autres configurations qui favorisent le mélange

sont également souhaitables. La partie rectangulaire 36 dé-

limite une paroi abrupte 38 directement sur le trajet de l'air entrant dans la chambre 20 de combustion par l'orifice

-12 et la gorge 18, si bien qu'une onde stationnaire s'éta-

blit dans la région de la partie rectangulaire 36, en avant

de la paroi 38. Cette onde stationnaire contribue à l'in-

flammation rapide du carburant vaporisé et facilite le mé-

lange de l'air introduit avec le carburant vaporisé. La gorge 18 forme un jet d'air qui entraîne les vapeurs de carburant, qui facilite-la formation de l'onde stationnaire de choc et qui assure le mélange induit par les parties 32 et 34. Le cas échéant, la formation de l'onde stationnaire peut être accrue par prolongement de la partie rectangulaire

36 de la chambre de combustion comme indiqué par la référen-

ce 40 sur la figure 3.

Lors de l'utilisation, la soupape 16 d'isolement ferme l'orifice 12 depuis le début à peu près de la course d'échappement dupiston 4 jusqu'à proximité de la fin de la course de compression. Peu après la fermeture de la soupape

16, l'injecteur 22 de carburant pulvérise une quantité pré-

déterminée dans la chambre 20. Ce carburant se vaporise

dans cette chambre 20 dans des conditions réglées de pres-

sion et de température tout en étant isolé de la charge

d'air contenue par le cylindre 6. La vaporisation s'effec-

tue de façon limitée sous l'action de la chaleur provenant des gaz résiduels piégés dans la chambre 20 et d'une façon bien plus importante sous l'action de la chaleur transmise au carburant par les parois et- les ailettes chaudes 28 de la chambre 20. Pour cette raison, il est important que la

configuration de la chambre 20 et la direction de l'injec-

teur 22 soient telles que le carburant se dépose sur les parois de la chambre 20 et sur les ailettes 26 et forme un

film mince régulièrement réparti de carburant sur ces sur-

faces chauffées. Lorsque la soupape 16 d'isolement s'est ouverte, l'air très comprimé du cylindre 6 se rue par l'orifice 12 et la gorge 18 en formant un jet qui entraîne

rapidement le carburant préalablement vaporisé et la forma-

tion d'un mélange combustible. Après le déclenchement de l'allumage et de la combustion, le contenu de la chambre 20 se détend et s'écoule par l'orifice 12 vers le cylindre 6 $X chlusant le piston 4 Tendant la course de puissance. Evi= demment, l'allumage a a combustion initiale du carburant

ont tendance à chauffer les parois de la chambre 20 et l'iso-

emeit 26 et cette caractéristique, associée aux fils 30 de chauffage ou analogue, assure le maintien de la température

de la chambre 20 de combustion entre environ 200 et 540 C.

Ainsi, lorsque la soupape 16 de referme et lorsque la charge suivante de carburant est introduite dans la chambre

, la température élevée facilite la vaporisation du car-

burant.

A proximité de la fin de la course de compression

du piston 4, la soupape.6 s ouvre et l'air comprimé du cy-

lindre 6 pénètre rapidomnt par 'orifice 12, est accéléré et mis sous forme d'un jet par la gorge 18 et se dirige !5 contre la paroi 38 en form!ant une onde stationnaire de choc dans la région rectangair e 3 à0 proximité de la paroi 38o

Cette onde stationnaire et la bougie 24 de réchauffage fa-

cilitent lVallumage cn c-rburant vaporisé qui a rempli inis tialement la chambre 0 fe pr'éc vbust!on Cette configuration provoque la formations nre la vapeur de carburant et le

jet d'air, d'une couc-e a gradient élevé de vitesse et fa-

_or__e un tourbillonX A qui;crott le mélange de l"air

comprimé avec le carb-rant. vaporisé et facilite une combus-

tion plus complète du carburant. Cette meilleure combustion assure un meilleur rendernent en carburant et réduit beaucoup

les émissions particulai-res.

Il est bien entendu que l'invention n'a été dé-

crite et représentée qu 1titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses

éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre.

Claims

REVENDICATIONS

1. Moteur diesel, caractérisé en ce qu'il comprend un cylindre (6), un piston (4) destiné à se déplacer dans le cylindre, une chambre de précombustion (20), un orifice (12) faisant communiquer la chambre de précombustion avec le cylindre, une soupape (16) destinée à fonctionner à proximité

du début de la course d'échappement du piston en fermant le-

dit orifice, un injecteur (22) de carburant dans la chambre de précombustion peu après la fermeture de la soupape, et un dispositif de commande de la soupape à proximite

de la fin de la course de compression du piston afin que ie-

dit orifice soit ouvert et que l'air comprimé du cylindre

puisse pénétrer rapidement dans la chambre de prècombustion.

2. Moteur se1on la revendication 1, caractérisé en ce

qu'il comprend un dispositif de stabilisation thermique des-

tiné à maintenir la temperature dans la chambre de précom-

bustion a une valeur comprise entre environ 2000et 540 C.

3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce lie le dispositif de stabilisation thermique comprend une -ouche (.6); '-ne mati.re Isolnte qui entoure la chambre

de précombustion.

4. Motsur selon la 're-ndication 2, caractérisé en ce que le dispositif de stabilisation thermique comprend des fils électriques (3. incorpores aux parois de la chambre

*de pécombusticn.

5. Moteur selon!a revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs saillies (28) dépassant dans la

chambre de précombustion et destinées à améliorer la trans-

mission de chaleur au carburant dans la chambre de pré-

combustion.

6. Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce

que lesdites saillies (28) sont des ailettes.

7. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de précombustion (20) est formée afin qu'elle

provoque le tourbillonnement de l'air entrant dans la cham-

bre et qu'elle améliore la vaporisation du carburant dans

la chambre et mélange l'air au carburant.

8. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une gorge (18) reliant la chambre de pré- combustion (20) à l'orifice (12) et accélérant le courant d'air pénétrant par l'orifice afin de former un jet avec

ce courant d'air.

9. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une paroi abrupte disposée dans la chambre de précombustion sur le trajet de l'air entrant par l'orifice.

10. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de précombustion.a une partie (36) de forme

générale rectangulaire, placée sur le trajet de l'air péné-

trant par ledit orifice, et deux parties sensiblement circu-

laires (32, 34) placées de part et d'autre de la partie rectangulaire.

11. Procédé se mise en oeuvre d'un moteur diesel ayant un cylindre, un piston se déplaçant dans le cylindre, et une chambre de précombustion, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend l'isolement de la chambre de précombustion afin qu'elle ne communique plus avec le cylindre, à un moment proche du début de la course d'échappement du piston,

l'injection de carburant dans la chambre de pré-

combustion peu de temps après le début de l'opération

d'isolement, et.

l'ouverture de la chambre de précombustion afin qu'elle communique avec le cylindre à un moment proche de

la fin de la course de compression du piston.