FR2688031A1 - Self-igniting engines, which remain hot when stationary, and with a modest compression ratio - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne les moteurs à auto-allumage, à injection directe du carburant dans la chambre de combustion, plus particulièrement. The present invention relates to self-ignition engines, with direct injection of fuel into the combustion chamber, more particularly.
Dans les moteurs à auto-allumage en usage actuellement, c'est l'échauffement, résultant d'une forte compression de l'air frais admis, qui est responsable de l'allumage du carburant (du gazole généralement) lorsque celui-ci est injecté, au moment où le piston atteint le point mort haut, en fin du temps de compression. Pour les moteurs de camion ou d'automobile à injection directe, les taux de compression volumétrique, pour les moteurs non suralimentés, ne sont pas inférieurs à 15 (et le plus souvent supérieurs), leur pompes d'injection sont nécessairement à très haute compression, et en dépit de cela, ces moteurs émettent généralement un peu plus de particules imbrulées dans les gaz d'échappement que les "diesels" à chambre de combustion auxiliaire, à turbulences.Les taux de compression volumétrique de ces derniers avoisinent 21 pour autoriser les démarrages à froid, malgré l'utilisation de bougies de préchauffage. In the self-ignition engines currently in use, it is the heating, resulting from a strong compression of the fresh air admitted, which is responsible for igniting the fuel (diesel fuel generally) when it is injected, when the piston reaches top dead center, at the end of the compression time. For truck or automobile engines with direct injection, the compression compression ratios, for non-supercharged engines, are not less than 15 (and more often higher), their injection pumps are necessarily very high compression , and despite this, these engines generally emit slightly more unburned particles in the exhaust gases than turbulent turbocharged "combustion engine" diesels. The volumetric compression rates of the latter are around 21 to allow cold starts, despite the use of glow plugs.
Dans le but de simplifier le système d'injection de carburant, ainsi que la forme de la culasse, tout en ayant une bonne combustion, des constructeurs ont produit autrefois des moteurs, dits semi-diesels, dans lesquels une partie de la culasse n'était pas refroidie par circulation d'eau, et qui, de ce fait, était portée à une température pouvant atteindre 700OC à 800OC en cours de fonctionnement. Le jet de gazole produit par l'injecteur (et une pompe basse pression) était dirigé vers la partie non refroidie de la culasse, pour y être vaporisé et enflammé très rapidement. Le taux de compression volumétrique de ces moteurs "semi-diesels" était sensiblement abaissé pour tenir compte de la fragilisation de la culasse portée à haute température.Ces moteurs semidiesels étaient, dans la plupart des cas, des moteurs deux temps avec des pistons et embiellages relativement légers. In order to simplify the fuel injection system, as well as the shape of the cylinder head, while having good combustion, manufacturers have formerly produced engines, known as semi-diesels, in which part of the cylinder head does not was not cooled by circulation of water, and which, therefore, was brought to a temperature of up to 700OC to 800OC during operation. The jet of diesel produced by the injector (and a low pressure pump) was directed towards the uncooled part of the cylinder head, to be vaporized and ignited there very quickly. The compression compression ratio of these "semi-diesel" engines was significantly lowered to take account of the embrittlement of the cylinder head brought to high temperature. These semi-diesel engines were, in most cases, two-stroke engines with pistons and crankshafts relatively light.
En 1974, un américain, a imaginé un moteur à auto-allumage (brevet
U.S. 3 945 352) dans lequel le carburant (pas obligatoirement du gazole) était injecté sous forme de vapeur surchauffée et à haute pression à une température très supérieure à la température d'inflammabilité du carburant considéré (point d'inflammabilité ou point d'éclair, ou flash point, en anglais), ce qui permet, en théorie, d'obtenir un excellent auto-allumage (même si, théoriquement, on construisait un moteur dont le taux de compression était proche de 1) avec, en plus, l'avantage d'une température de combustion accrue pour une même quantité de carburant, car, à l'énergie chimique du carburant liquide considéré, il faut ajouter la quantité de chaleur correspondant au produit de la masse injectée, multipliée par la chaleur massique du carburant, puis par la différence de température ajoutée, quantité de chaleur à laquelle il faut encore ajouter la chaleur latente de vaporisation du carburant considéré. Cette vapeur surchauffée était obtenue grâce à une mini-chaudière externe, combinée avec un échangeur de température : gaz d'échappement / carburant, intégré. La chaudière était chargée de vaporiser et de surchauffer (sous haute pression) le carburant, comme on faisait autrefois dans les machines à vapeur. Ce nouveau type de moteur est doté d'un système d'allumage électrique à étincelle classique et d'un carburateur extérieur pour les démarrages à froid, car la montée à haute température et à haute pression de la mini-chaudière externe demande une durée importante.In 1974, an American imagined a self-ignition engine (patent
US 3,945,352) into which the fuel (not necessarily diesel) was injected in the form of superheated steam and at high pressure at a temperature much higher than the flammability temperature of the fuel considered (flash point or flash point , or flash point, in English), which allows, in theory, to obtain an excellent self-ignition (even if, theoretically, an engine was built whose compression ratio was close to 1) with, in addition, l advantage of an increased combustion temperature for the same quantity of fuel, because, to the chemical energy of the liquid fuel considered, it is necessary to add the quantity of heat corresponding to the product of the mass injected, multiplied by the mass heat of the fuel , then by the difference in temperature added, the quantity of heat to which the latent heat of vaporization of the fuel in question must still be added. This superheated steam was obtained thanks to an external mini-boiler, combined with a temperature exchanger: exhaust gas / fuel, integrated. The boiler was responsible for vaporizing and overheating (under high pressure) the fuel, as was done in the past in steam engines. This new type of engine has a classic spark ignition system and an external carburetor for cold starts, because the rise in high temperature and high pressure of the external mini-boiler requires a long time .
Les problèmes liés à l'injection de vapeur surchauffée à très haute pression avec des débits variables et précis ont peut-être entravé le développement de ce nouveau type de moteur ?
J'ai moi-même déposé un brevet en décembre 1981, enregistré sous le numéro 2 517 741, dans lequel l'une des revendications concernait un dispositif d'isolation thermique de très bonne qualité de l'ensemble du bloc moteur, dont le but était de permettre des redémarrages avec le bloc moteur à une température très proche de sa température de fonctionnement en croisière, et cela plusieurs dizaines d'heures (voire plusieurs jours) après le dernier arrêt, même en période hivernale.En plus de l'amélioration des "redémarrages", un tel moteur, transformé en véritable accumulateur de chaleur, peut être utilisé pour fournir une quantité considérable de calories pouvant servir à chauffer l'habitacle d'un véhicule dès le démarrage assuré. Un autre but recherché, en maintenant le moteur chaud, non pas indéfiniment, mais pendant de longues périodes (ce qui rend statistiquement les redémarrages moteur complètement froid assez rares) est d'obtenir un auto-allumage encore acceptable avec un moteur doté d'un taux de compres-sion plus bas que sur les diesels à injection directe classiques, dans le but de diminuer les contraintes mécaniques et thermiques sur pistons et embiellage, ce qui permet de les concevoir plus légers.Ceci permet un gain de poids direct sur les pistons, mais permet également des vitesses de rotation accrues, donc la réalisation de moteurs plus brillants (rapport puissance sur masse accru).Perhaps the problems linked to the injection of superheated steam at very high pressure with variable and precise flow rates have hindered the development of this new type of engine?
I myself deposited a patent in December 1981, registered under the number 2 517 741, in which one of the claims related to a device of thermal insulation of very good quality of the whole of the engine block, whose purpose was to allow restarts with the engine block at a temperature very close to its operating temperature when cruising, and this several tens of hours (even several days) after the last stop, even in winter. "restarts", such an engine, transformed into a real heat accumulator, can be used to supply a considerable quantity of calories which can be used to heat the passenger compartment of a vehicle from the start assured. Another goal sought, by keeping the engine warm, not indefinitely, but for long periods (which statistically makes cold engine restarts quite rare) is to obtain self-ignition which is still acceptable with an engine equipped with a Compression rate lower than on conventional direct injection diesels, in order to reduce mechanical and thermal stresses on pistons and crankshaft, which allows them to be designed lighter. This allows a direct weight gain on pistons , but also allows increased rotation speeds, therefore the production of brighter motors (increased power-to-mass ratio).
Les dispositifs présentés ci-après, objets de l'invention, sont destinés, principalement, à améliorer le démarrage à froid (et par temps très froid) des moteurs diesel, à améliorer la combustion du carburant dans les moteurs de ce type (à injection directe en particulier), car ces derniers ont généralement tendance à émettre davantage de fines particules de carbone non brûlées que les moteurs à injection indirecte à chambre à turbulences, auxiliaire. Les moteurs à injection directe exigent pour contrer cette tendance, de recourir à des pompes à injection à très hautes pressions, qui pulvérisent mieux le gazole, mais qui présentent un prix élevé. The devices presented below, objects of the invention, are intended, mainly, to improve the cold start (and in very cold weather) of diesel engines, to improve the combustion of fuel in engines of this type (injection direct in particular), because the latter generally tend to emit more fine unburned carbon particles than the indirect injection engines with turbulent chamber, auxiliary. To counter this trend, direct injection engines require the use of very high pressure injection pumps, which spray diesel better, but which have a high price.
Ces dispositifs, selon l'invention, peuvent être utilisés pour simplement améliorer les moteurs à auto-allumage classiques (à injection indirecte ou directe à 4 temps ou à 2 temps), ou être mis à profit pour créer une catégorie véritablement nouvelle de moteurs à auto-allumage, plus brillants que leurs prédécesseurs, dans les domaines de la puissance, rapportée à leur masse, du rendement énergétique, de la diminution de l'émission de particules non brûlées dans les gaz d'échappement avec, en plus, la particularité de stocker de grandes quantités de chaleur durant de très longues périodes suivant leur arrêt, en baissant le taux de compression volumétrique jusqu'à des valeurs aussi basses que 10, avec un optimum dépendant de l'usage souhaité, pouvant se situer dans une gamme de lo à 15 (15 est une valeur de taux de compression proche de celles des moteurs à injection directe actuels).Dans le cas des moteurs suralimentés, le taux de compression volumétrique (dans la partie alternative) peut être encore légèrement abaissé. These devices, according to the invention, can be used to simply improve conventional self-ignition engines (indirect or direct 4-stroke or 2-stroke injection), or be used to create a truly new category of engines with self-ignition, brighter than their predecessors, in the areas of power, relative to their mass, energy efficiency, reduction of the emission of unburnt particles in exhaust gases with, in addition, the particularity to store large amounts of heat for very long periods following their shutdown, lowering the compression compression rate to values as low as 10, with an optimum depending on the desired use, which may be in a range of lo to 15 (15 is a compression ratio value close to that of current direct injection engines). In the case of supercharged engines, the compression ratio volumetric ique (in the alternative part) can be further lowered slightly.
Le premier dispositif objet de l'invention consiste en une amélioration importante du système d'isolation thermique du bloc moteur (objet de mon brevet n" 2517 741, dispositif dans lequel l'ensemble du bloc moteur est contenu dans une enceinte isotherme de haute qualité). Cette amélioration consiste à utiliser des isolants thermiques résistant à des températures élevées, pour être disposés à proximité du collecteur d'échappement, de façon à protéger dans cette zone les matériaux d'isolation thermique de haute qualité de l'enceinte. Ces matériaux d'isolation thermique de haute qualité pourraient être, pour une part, constitués de super-isolants thermiques multi-couches, dérivés de ceux utilisés par l'industrie spatiale.Par ailleurs, pour augmenter la masse de matériaux, maintenus chauds, contenus dans l'enceinte isolante (la constante de temps de refroidissement du bloc moteur isolé est presque directement proportionnelle à la masse de matériaux contenue à l'intérieur de l'enceinte), on y inclura la boîte de vitesse, dotée d'un système de refroidissement spécifique (relié à un radiateur externe), si nécessaire, l'embrayage, la pompe d'injection, le filtre à carburant, l'alternateur, le démarreur. The first device that is the subject of the invention consists of a significant improvement in the thermal insulation system of the engine block (subject of my patent no. 2517 741, device in which the entire engine block is contained in a high-quality isothermal enclosure This improvement consists in using thermal insulators resistant to high temperatures, in order to be placed close to the exhaust manifold, so as to protect in this zone the high quality thermal insulation materials of the enclosure. high-quality thermal insulation could, on the one hand, consist of multi-layer thermal super-insulators, derived from those used by the space industry. In addition, to increase the mass of materials, kept warm, contained in the insulating enclosure (the cooling time constant of the isolated engine block is almost directly proportional to the mass of materials contained inside the enclosure), we will include the gearbox, equipped with a specific cooling system (connected to an external radiator), if necessary, the clutch, the injection pump, the filter fuel, alternator, starter.
Le second dispositif objet de l'invention est un système qui, en particulier, combine le système de refroidissement de la culasse et un système de réchauffage du carburant, juste avant que celui-ci soit injecté. Dans ce système, le carburant joue donc le rôle de l'eau d'un système de refroidissement classique. C'est le carburant "froid" provenant du réservoir pour remplacer (dans les cavités de refroidissement de la culasse) le carburant consommé, qui absorbe la chaleur. Une telle combinaison bénéficie à la fois au système de refroidissement (qu'elle simplifie), et au rendement du moteur , en récupérant des calories qui, autrement, seraient perdues. Ce système de réchauffage du carburant sera, de préférence, pressurisé de façon à ce qu'aucune fraction des divers hydrocarbures constituant le carburant ne soit portée à ébullition.Dans le but d'assurer en toutes circonstances un refroidissement suffisant de la culasse, le débit du carburant circulant à l'intérieur de la culasse sera augmenté lorsque cela sera nécessaire, grâce à un circuit annexe qui part de la culasse, et y retourne, en passant par un refroidisseur (échangeur thermique) à l'extérieur de l'enceinte. Ce circuit annexe est, bien sûr, également pressurisé et muni d'une pompe pour y faire circuler le carburant à l'intérieur.L'objectif principal de ce système n'est pas la recherche de températures extrèmement élevées (c'est-à-dire supérieures à 200OC ou 473"K). Ce qui est recherché en priorité, c'est une amélioration de l'auto-allumage et de la combustion, ce qui permettrait, par exemple, la réalisation d'un moteur ayant un taux de compression volumétrique de seulement 12 et une vitesse de rotation proche de 5000 tr/min. pour un moteur d'automobile avec des pompes d'injection moyenne pression classiques (ou peu modifiées). L'énergie thermique ainsi ajoutée à l'énergie chimique potentielle du carburant apporte une amélioration du rendement, mais l'amélioration de la qualité de la combustion est plus importante.On peut progresser dans l'obtention d'une température d'injection élevée si cela ne crée pas des problèmes technologiques trop chers à solutionner pour la pompe d'injection moyenne pression, en réalisant un collecteur d'échappement à double parois, entre lesquelles on fera circuler le carburant déjà réchauffé dans les alvéoles contenues dans la culasse. Le système de collecteur à double parois peut être remplacé pour plus de solidité par une canalisation (dans l'épaisseur de la paroi du collecteur d'échappement) en forme de spirale avec les spires plus ou moins jointives (la forme interne de la paroi du collecteur pourrait être ainsi totalement lisse comme dans un collecteur classique). The second device which is the subject of the invention is a system which, in particular, combines the cylinder head cooling system and a fuel heating system, just before the fuel is injected. In this system, the fuel therefore plays the role of water in a conventional cooling system. It is the "cold" fuel coming from the tank to replace (in the cooling cavities of the cylinder head) the consumed fuel, which absorbs the heat. Such a combination benefits both the cooling system (which it simplifies), and the efficiency of the engine, by recovering calories which would otherwise be lost. This fuel heating system will preferably be pressurized so that no fraction of the various hydrocarbons constituting the fuel is brought to the boil. In order to ensure sufficient cooling of the cylinder head in all circumstances, the flow of fuel circulating inside the cylinder head will be increased when necessary, thanks to an auxiliary circuit which leaves the cylinder head and returns to it, passing through a cooler (heat exchanger) outside the enclosure. This annex circuit is, of course, also pressurized and fitted with a pump to circulate the fuel inside. The main objective of this system is not to find extremely high temperatures (ie above 200OC or 473 "K). What is sought after in priority is an improvement in self-ignition and combustion, which would allow, for example, the production of an engine having a compression compression rate of only 12 and a rotational speed close to 5000 rpm. for an automobile engine with conventional medium pressure injection pumps (or only slightly modified). The thermal energy thus added to the potential chemical energy of the fuel brings about an improvement in efficiency, but the improvement in the quality of combustion is greater. We can progress in obtaining a high injection temperature if this does not create too expensive technological problems to solve for the medium pressure injection pump, by making a double walled exhaust manifold, between which will circulate the fuel already warmed in the cells contained in the cylinder head. The double walled collector system can be replaced for more solidity by a pipe (in the thickness of the wall of the exhaust manifold) in the form of a spiral with the turns more or less contiguous (the internal shape of the wall of the collector could thus be completely smooth as in a conventional collector).
L'injection du carburant réchauffé pourra être effectuée par une pompe d'injection d'un type et d'une technologie proches de ceux des pompes d'injection classiques actuelles, mais il existe une autre solution pour injecter le carburant réchauffé, qui pourrait être meilleure sur les plans du coût de réalisation et de la fiabilité. Cette solution consiste à disposer en amont du système de réchauffage du carburant, une pompe très haute pression entraînée par le moteur lui-même (vitesses de rotation proportionnelles) avec un débit prévu pour être légèrement supérieur à ce qui est nécessaire pour obtenir la puissance maximum. Un régulateur de pression ajustera en permanence le débit à la valeur strictement nécessaire. Les injecteurs sont, dans ce système, remplacés par des soupapes semblables aux soupapes appelées "aiguilles" dans les anciens moteur diesels à injection par air comprimé.Les variations de puissance et de couple seront obtenues en pilotant la hauteur de levée de "l'aiguille" et sa durée d'ouverture à l'aide d'un microprocesseur.The injection of the heated fuel may be carried out by an injection pump of a type and technology similar to those of current conventional injection pumps, but there is another solution for injecting the heated fuel, which could be better in terms of production cost and reliability. This solution consists in having, upstream of the fuel heating system, a very high pressure pump driven by the engine itself (proportional rotation speeds) with a flow rate intended to be slightly greater than what is necessary to obtain the maximum power. . A pressure regulator will permanently adjust the flow rate to the strictly necessary value. The injectors are, in this system, replaced by valves similar to the valves called "needles" in the old diesel engines with compressed air injection. The variations of power and torque will be obtained by controlling the lifting height of "the needle "and its opening time using a microprocessor.
Dans les versions de moteurs à auto-allumage, où l'application des nouveaux systèmes décrits ci-dessus aura été mise à profit pour réaliser un moteur à taux de compression modéré (12, comme dans l'exemple d'application proposé ci-dessus), il sera nécessaire, malgré l'isolation thermique très poussée du bloc moteur (bloc associé à la boîte de vitesse, de préférence), et malgré le carburant porté à beaucoup plus de 1000C dans le système de réchauffage (au cours d'une période de fonctionnement précédente), de prévoir un système de préchauffage pour les démarrages après de longues périodes d'arrêt. n est nécessaire de considérer séparément la loi de refroidissement du bloc moteur dans son ensemble, et la loi de refroidissement du système de réchauffage du carburant décrit ci-dessus.En effet, juste après l'arrêt du moteur, ce système est à beaucoup plus haute température que le bloc, mais cette température élevée affecte une faible masse de matériaux qui, de plus, n'est pas isolée thermiquement du reste du bloc moteur. In the versions of self-ignition engines, where the application of the new systems described above will have been used to produce an engine with a moderate compression ratio (12, as in the example of application proposed above ), it will be necessary, despite the very high thermal insulation of the engine block (block associated with the gearbox, preferably), and despite the fuel brought to much more than 1000C in the heating system (during a previous operating period), to provide a preheating system for starts after long periods of stoppage. It is necessary to consider separately the law of cooling of the engine block as a whole, and the law of cooling of the fuel heating system described above. Indeed, just after stopping the engine, this system is much more high temperature than the block, but this high temperature affects a low mass of materials which, moreover, is not thermally isolated from the rest of the engine block.
Le pré chauffage pourra être réalisé simplement par des bougies de préchauffage classiques dans les chambres de combustion, mais je propose de recourir à une puissante résistance électrique placée dans la tubulure d'admission d'air (le plus près possible des soupapes d'admission). Un tel système nécessitera certainement plus d'énergie électrique pour assurer un démarrage qu'avec des bougies classiques, mais il permet de réaliser une culasse de forme plus simple et plus solide, la (ou les) résistance(s) ne subissant pas le choc thermique de la part des combustions internes, cet équipement possèdera une plus grande longévité. Preheating can be carried out simply by conventional glow plugs in the combustion chambers, but I suggest using a powerful electrical resistance placed in the air intake manifold (as close as possible to the intake valves) . Such a system will certainly require more electrical energy to ensure start-up than with conventional spark plugs, but it makes it possible to produce a cylinder head of simpler and more solid form, the resistance (s) not being subjected to the shock. thermal from internal combustion, this equipment will have a longer life.
Enfin, un fort réchauffage de l'air, avant et pendant la phase de démarrage, nécessitera, certes, d'équiper les véhicules d'une installation électrique plus importante, mais le rendement du moteur sera meilleur pendant les premières minutes de fonctionnement, et surtout la pollution fortement diminuée. De plus, l'énergie nécessaire au chauffage de la résistance d'admission pourra être fournie en 220 V extérieur lorsque cela sera possible, et sur les véhicules à propulsion mixte : moteur thermique, propulsion électrique, plus batterie tampon, la fraction d'énergie réservée au démarrage par rapport à l'énergie électrique stockée deviendra négligeable. Finally, a strong heating of the air, before and during the starting phase, will certainly require equipping vehicles with a larger electrical installation, but the engine efficiency will be better during the first minutes of operation, and especially the greatly reduced pollution. In addition, the energy required to heat the intake resistor can be supplied at 220 V outside when possible, and on vehicles with mixed propulsion: internal combustion engine, electric propulsion, plus buffer battery, the fraction of energy reserved for starting compared to the stored electrical energy will become negligible.
En plus des systèmes décrits ci-dessus, je propose de réaliser les pistons, des variantes de moteurs à taux de compression modéré, entièrement en fonte. En effet, avec un taux de compression de seulement 12, comme déjà pris comme exemple ci-dessus, les contraintes mécaniques et thermiques seront plus proches de celles d'un moteur à essence que de celles d'un diesel classique. ll faut cependant tenir compte de la plus mauvaise diffusion de la température de la partie supérieure du piston à l'ensemble de la masse de celui-ci, dans le calcul de sa résistance.L'utilisation de la fonte pour la fabrication des pistons présentera comme avantage de garder plus de calories à l'intérieur de la chambre de combustion, de diminuer leur dilatation, d'être plus robuste, de permettre une meilleure lubrification, de rester chaud plus longtemps après l'arrêt du moteur, de s'échauffer rapidement en surface lors des démarrages. Pour les moteurs suralimentés, fonctionnant à fort couple et faible vitesse de rotation (relativement à leur version "atmosphérique"),
I'inconvénient d'un piston en fonte, d'une masse légèrement plus grande que pour son équivalent en alliage d'aluminium, est encore moins sensible que pour les moteurs "atmosphériques".In addition to the systems described above, I propose to make the pistons, variants of engines with moderate compression ratio, entirely in cast iron. In fact, with a compression ratio of only 12, as already taken as an example above, the mechanical and thermal stresses will be closer to those of a petrol engine than to that of a conventional diesel. However, it is necessary to take into account the worst diffusion of the temperature from the upper part of the piston to the whole mass of the latter, in calculating its resistance. The use of cast iron for the manufacture of pistons will present as an advantage of keeping more calories inside the combustion chamber, of reducing their expansion, of being more robust, of allowing better lubrication, of staying hot longer after the engine has stopped, of heating up quickly on the surface during start-ups. For supercharged engines, operating at high torque and low rotational speed (relative to their "atmospheric" version),
The disadvantage of a cast iron piston, with a mass slightly greater than that of its aluminum alloy equivalent, is even less appreciable than for "atmospheric" engines.
L'utilisation de fonte ou d'acier pour réaliser culasse, chemise de cylindre, bloc moteur (utilisés de nos jours sur certains moteurs diesels de véhicules routiers) serait particulièrement intéressante dans le cas des variantes de moteurs à taux de compression modéré, à préchauffage externe (de l'air au démarrage), à pression d'injection moyenne, et avec le carburant pas encore correctement préchauffé. Dans les variantes "2 temps" des moteurs selon l'invention, la culasse et le bloc cylindre en fonte pourraient être monobloc, ce qui ajouterait encore à la simplicité de réalisation, et à la diminution rapide des fines particules de carbone imbrûlées lors des rares démarrages à froid.Pour les variantes, dont l'injection du carburant préchauffé est assurée par la forte pression régnant à l'intérieur du système échangeur de température (culasse et tube enroulant la tubulure d'échappement), il faut, bien sûr, qu'il y ait en amont une pompe à carburant haute pression puisant le carburant froid dans le réservoir; cette pompe doit être en action avant le redémarrage d'un moteur si la pression à l'intérieur du circuit de carburant "chaud" s'est abaissée en-deçà d'un seuil préétabli. The use of cast iron or steel to produce cylinder head, cylinder liner, engine block (used today on certain diesel engines of road vehicles) would be particularly advantageous in the case of variants of engines with moderate compression ratio, with preheating. external (starting air), at medium injection pressure, and with the fuel not yet correctly preheated. In the "2-stroke" variants of the engines according to the invention, the cylinder head and the cast iron cylinder block could be in one piece, which would further add to the simplicity of construction, and to the rapid reduction of fine unburnt carbon particles during the rare Cold starts. For variants, the injection of preheated fuel is ensured by the high pressure prevailing inside the heat exchanger system (cylinder head and tube winding the exhaust manifold), it is, of course, necessary that 'there is upstream a high pressure fuel pump drawing cold fuel from the tank; this pump must be in action before an engine is restarted if the pressure inside the "hot" fuel circuit has dropped below a preset threshold.
Pour améliorer les rares démarrages à froid d'un moteur selon l'invention, muni d'une enveloppe thermiquement isolante, et pour également limiter la température de réchauffage du carburant, pour une meilleure lubrification, et une meilleure étanchéité des injecteurs, il serait peut-être avantageux de recourir à un gazole (ou autre carburant) ayant un indice de cétane supérieur aux produits actuels. Les huiles végétales présentant une forte viscosité naturelle devraient se prêter particulièrement bien à l'utilisation sur des moteurs de ce type. To improve the rare cold starts of an engine according to the invention, provided with a thermally insulating jacket, and also to limit the fuel reheating temperature, for better lubrication, and better sealing of the injectors, it would be possible -be advantageous to use a diesel (or other fuel) having a cetane number higher than current products. Vegetable oils with a high natural viscosity should be particularly suitable for use on engines of this type.
L'expérience acquise dans la réalisation et l'utilisation des moteurs selon l'invention montrera peut-être qu'il serait possible de moins réchauffer le carburant avant de l'injecter tout en gardant de très bons auto-allumages et combustion, malgré un bas taux de compression. Aussi, je propose une variante du système de réchauffage du carburant intégré au système de refroidissement, qui consiste à associer culasse (et/ou bloc moteur complet) avec le collecteur, de façon à ce qu'ils ne forment plus qu'une seule et même pièce, en coulant le métal les constituant en une seule opération.Un court tronçon (quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres) du tube d'évacuation des gaz d'échappement, à la forme adaptée à la configuration particulière du compartiment moteur et du véhicule que le moteur équipe, pourra être associé à la culasse (et/ou au bloc moteur) et au collecteur d'échappement, en une seule pièce. The experience acquired in the production and use of the engines according to the invention may show that it would be possible to heat the fuel less before injecting it while retaining very good self-ignitions and combustion, despite a low compression ratio. Also, I propose a variant of the fuel heating system integrated into the cooling system, which consists in associating the cylinder head (and / or complete engine block) with the manifold, so that they form only one and same part, by casting the metal constituting them in a single operation. A short section (a few centimeters to a few tens of centimeters) of the exhaust gas evacuation tube, in the shape adapted to the particular configuration of the engine compartment and of the vehicle that the engine fitted, can be associated with the cylinder head (and / or the engine block) and the exhaust manifold, in one piece.
Par ailleurs, les parois des tubulures "d'échappement" intégrées au bloc décrit ci-dessus seront très épaisses, avec des alvéoles de refroidissement ménagées à l'intérieur, communiquant avec les alvéoles de refroidissement de la culasse, et/ou de tout le bloc moteur. Ces alvéoles de refroidissement communes seront, bien sûr, remplies de carburant destiné à être injecté, réchauffé, dans la chambre de combustion. Furthermore, the walls of the "exhaust" pipes integrated into the block described above will be very thick, with cooling cells formed inside, communicating with the cooling cells of the cylinder head, and / or all of the engine block. These common cooling cells will, of course, be filled with fuel intended to be injected, heated, in the combustion chamber.
En construisant ainsi le moteur, on a la possibilité de récupérer suffisamment de calories pour le réchauffage du carburant, tout en évitant un joint délicat entre les circuits de réchauffage carburant "moteur" et réchauffage carburant "collecteur d'échappement". Ceci se traduit par un gain sur la simplicité de construction et sur la fiabilité. By thus building the engine, there is the possibility of recovering sufficient calories for heating the fuel, while avoiding a delicate seal between the fuel heating circuits "engine" and fuel heating "exhaust manifold". This translates into a gain in simplicity of construction and reliability.
Des avantages annexes peuvent être considérés, tels que l'augmentation de la masse chaude du bloc moteur contenue dans l'enceinte isothermique avec, comme conséquence, l'augmentation de la constante de temps de refroidissement après arrêt. Le fait de refroidir les gaz d'échappement aura pour effet de réduire légèrement le bruit émis. Additional advantages can be considered, such as the increase in the hot mass of the engine block contained in the isothermal enclosure with, as a consequence, the increase in the cooling time constant after shutdown. Cooling the exhaust gases will slightly reduce the noise emitted.
Les dispositifs décrits ci-dessus sont applicables aussi bien simultanément pour constituer un type de moteur nouveau et très performant, ou bien individuellement pour améliorer des moteurs déjà existants. Cependant, leur application sur moteur deux temps serait nettement préférable, car il est souhaitable de disposer un moteur d'une grande simplicité mécanique (et compacte) à l'intérieur d'une enceinte thermiquement isolante telle que celle déjà décrite. The devices described above are applicable both simultaneously to constitute a new and very efficient type of motor, or individually to improve already existing motors. However, their application on a two-stroke engine would be clearly preferable, since it is desirable to have an engine of great mechanical simplicity (and compact) inside a thermally insulating enclosure such as that already described.
ll est souhaitable également d'avoir un moteur qui monte en température le plus vite possible (les deux temps ont une combustion par tour) pour réchauffer le carburant destiné à être injecté. La durée de chauffage de l'air admis pendant la phase de démarrage (moteur entièrement froid) sera ainsi plus brève. It is also desirable to have an engine which rises in temperature as quickly as possible (the two times have a combustion per revolution) to heat the fuel intended to be injected. The heating time of the air admitted during the start-up phase (engine completely cold) will therefore be shorter.
NOTA 1 - fl est utile de rappeler qu'un moteur deux temps à injection directe supprime l'inconvénient majeur du deux temps à carburateur, qui est de laisser échapper une partie du carburant par les lumières d'échappement avant même d'avoir été utilisé. NOTE 1 - It is useful to remember that a two-stroke direct injection engine eliminates the major drawback of the two-stroke carburetor, which is to let part of the fuel escape through the exhaust lights before it has even been used. .
NOTA 2 - L'utilisation de la fonte pour la réalisation du piston, et de la
culasse et des cylindres, permet un réchauffage rapide de la face interne des
parois de la chambre de combustion. NOTE 2 - The use of cast iron to make the piston, and the
cylinder head and cylinders, allows rapid reheating of the internal face of
walls of the combustion chamber.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR9202481A FR2688031A1 (en) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | Self-igniting engines, which remain hot when stationary, and with a modest compression ratio |
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Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=9427255
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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FR9202481A Granted FR2688031A1 (en) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | Self-igniting engines, which remain hot when stationary, and with a modest compression ratio |
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FR (1) | FR2688031A1 (en) |
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