FR2862343A1 - Combustion method for reciprocating engine, involves mixing comburant charge and fuel charge by diffusion near top dead center of piston for supporting diffusion flame with the mixed charges in contact - Google Patents

Combustion method for reciprocating engine, involves mixing comburant charge and fuel charge by diffusion near top dead center of piston for supporting diffusion flame with the mixed charges in contact Download PDF

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Abstract

The method involves introducing fuel in a zone (G1) of a cylinder for creating a homogenous recycled waste gas and fuel vapor mixture. A comburant charge in a zone (G2) and the fuel charge are separately heated to above the threshold of auto-ignition by compression. The charges are mixed by diffusion near the top dead center of the piston for supporting a diffusion flame with the mixed charges in contact.

Description

La présente invention a trait à un procédé de combustion pour moteurThe present invention relates to a combustion method for an engine

alternatif.alternative.

Le procédé prévoit de maintenir ou introduire dans le cylindre une charge de gaz brûlés recyclés et d'introduire une charge d'air frais et de les maintenir séparées pendant la compression. De préférence le taux de gaz brûlés recyclés est suffisant pour supprimer la formation des NOX, par exemple supérieur à 30% de la masse totale des gaz présents dans le cylindre.  The method provides for maintaining or introducing into the cylinder a load of recycled flue gases and introducing a charge of fresh air and keeping them separate during compression. Preferably the rate of recycled flue gas is sufficient to suppress the formation of NOX, for example greater than 30% of the total mass of gases in the cylinder.

Le carburant est distribué dans la charge de gaz brûlés avant ou pendant la compression pour obtenir en fin de compression un mélange carburé où la concentration de vapeur est sensiblement homogène et où la concentration de gaz brûlés est partout suffisante pour limiter la température de flamme au dessous du seuil de formation des NOX, quel que soit l'apport d'oxygène.  The fuel is distributed in the flue gas charge before or during the compression to obtain at the end of compression a fuel mixture where the vapor concentration is substantially homogeneous and where the concentration of flue gases is everywhere sufficient to limit the flame temperature below the NOX formation threshold, regardless of the oxygen supply.

La combustion se développe au rythme du mélange par diffusion de la charge carburée dans la charge d'air frais pendant les transferts entre le cylindre et la chambre de combustion au voisinage du point mort haut.  The combustion develops at the rate of mixing by diffusion of the carburized charge into the fresh air charge during transfers between the cylinder and the combustion chamber near the top dead center.

L'absence d'accumulation locale de carburant dans la zone réactive garantit une combustion exempte de particules.  The absence of local fuel accumulation in the reactive zone ensures particle-free combustion.

Problème non résolu par l'art antérieur.  Problem not solved by the prior art.

Dans les moteurs à allumage par compression on s'efforce d'homogénéiser la charge comburante composée d'air frais et de gaz brûlés recyclés pour limiter la température locale de flamme au seuil de formation des NOX.  In compression-ignition engines, efforts are made to homogenise the oxidizing charge composed of fresh air and recycled flue gases in order to limit the local flame temperature to the threshold of NOX formation.

Le carburant est généralement introduit sous forme de brouillard au point mort haut quand la charge gazeuse a atteint une température qui permet un autoallumage rapide.  The fuel is usually introduced as a high-level fog when the gaseous charge has reached a temperature that allows rapid self-ignition.

Malgré les perfectionnements des dispositifs d'injection à rail commun, cette méthode crée des accumulations locales de carburant génératrices de particules.  Despite improvements in common rail injection devices, this method creates local fuel accumulations that generate particles.

De plus les petites zones prémélangées s'allument avec un cognement désagréable en circulation urbaine.  In addition the small premixed areas come on with an unpleasant knock in urban traffic.

Depuis quelques années d'autres procédés d'introduction du carburant dans la charge gazeuse homogène ont mis en évidence la possibilité d'éliminer à la source les NOX et les particules.  In recent years, other methods of introducing fuel into the homogeneous gaseous feed have highlighted the possibility of eliminating NOX and particles at the source.

Ils consistent à créer pendant le remplissage et/ou pendant la compression un prémélange plus ou moins homogène de gaz comburant et de vapeur de carburant qui s'enflamme massivement par autoallumage en fin de compression.Ces procédés sont connus sous le sigle anglosaxon HCCI (Homogeanous Charge Compression Ignition).  They consist in creating during filling and / or during compression a more or less homogeneous premix of oxidizing gas and fuel vapor which ignites massively by self ignition at the end of compression. These processes are known under the acronym HCCI (Homogeanous) Charge Compression Ignition).

En effet dans un mélange parfaitement homogène d' air, de gaz brûlés plus ou moins refroidis et de vapeur de carburant dont la richesse est inférieure à la stoechiométrie on peut dire en tous points: Que toute molécule de carburant est entourée de suffisamment d'oxygène pour une combustion totale sans formation de suies.  Indeed, in a perfectly homogeneous mixture of air, more or less cooled flue gas and fuel vapor whose richness is lower than the stoichiometry, we can say in all respects: That every molecule of fuel is surrounded by enough oxygen for a total combustion without formation of soot.

Que le comburant et le carburant sont chauffés simultanément pendant la compression jusqu'au seuil d'autoallumage sans surchauffe du milieu comburant.  That the oxidizer and the fuel are heated simultaneously during the compression up to the threshold of auto-ignition without overheating of the oxidizing medium.

Que la présence en tous points de gaz ne participant pas à la réaction permet de maintenir partout la température au dessous du seuil de formation des NOX.  That the presence at all points of gas not participating in the reaction makes it possible to maintain everywhere the temperature below the threshold of NOX formation.

Hélas, la mise en uvre de ces procédés est limitée par le caractère explosif de l'auto-allumage quand il se produit simultanément en tous points d'un volume.  Alas, the implementation of these processes is limited by the explosive nature of auto-ignition when it occurs simultaneously in all points of a volume.

L'auto allumage n'est progressif qu'aux faibles charges très diluées où il démarre en certains points discrets répartis dans la masse dont la préoxydation a été initiée précocement par des radicaux actifs présents dans les gaz recirculés, par leur ordre d'arrivée dans le comburant ou par de petits gradients de température.  The self-ignition is progressive only at low very dilute loads where it starts at certain discrete points distributed in the mass whose preoxidation was initiated early by active radicals present in the recirculated gases, by their order of arrival in the oxidizer or by small temperature gradients.

Après l'allumage la cinétique de la combustion due à l'échauffement par compression n'est plus contrôlable pour des pressions moyennes efficaces supérieures à 8 bars où le niveau sonore devient inacceptable..  After ignition, the kinetics of combustion due to compression heating can no longer be controlled for average effective pressures greater than 8 bar where the noise level becomes unacceptable.

L'autre difficulté est de placer l'allumage au PMH (point mort haut).Ceci impose d'agir sur le délai d'oxydation lente, c'est à dire sur l'histoire de la charge carburée.L'exercice est possible en régime stabilisé mais périlleux dans les transitoires rapides des moteurs automobiles.  The other difficulty is to put the ignition at the TDC (top dead center). This imposes to act on the slow oxidation time, that is to say on the history of the carburized charge. Exercise is possible stabilized but perilous in the rapid transients of automotive engines.

De plus, le développement des flammes froides favorise la formation de CO et de HC qui seront difficilement oxydés dans le cylindre compte tenu des basses températures en fin de cycle, qui sont, de plus, insuffisantes pour la turbocompression.  In addition, the development of cold flames promotes the formation of CO and HC which will be difficult to oxidize in the cylinder given the low temperatures at the end of the cycle, which are, moreover, insufficient for turbocharging.

En conclusion il est très difficile de contrôler simultanément l'initiation et le développement de la combustion d'une charge parfaitement homogène.  In conclusion it is very difficult to simultaneously control the initiation and development of the combustion of a perfectly homogeneous charge.

La turbocompression permet de recycler une part importante des gaz brûlés dans tout le champs d'utilisation du moteur comme le montre la demande de brevet déposée en France le 26 Mars 2003 sous le numéro 03 03728.  Turbocharging makes it possible to recycle a large portion of the flue gases throughout the engine's operating range, as shown by the patent application filed in France on March 26, 2003 under the number 03 03728.

Le but de la présente invention est d'obtenir à toutes les charges du moteur une combustion sans cognement, exempte de NOX et de particules par une séquence spaciotemporelle nouvelle de mise en présence des espèces qui participeront à la combustion.  The object of the present invention is to obtain at all the engine loads NOX-free combustion and NOX-free combustion of particles by a new spaciotemporal sequence of bringing into contact the species that will participate in the combustion.

Description de l'inventionDescription of the invention

L'invention a pour objet un procédé de combustion pour un moteur alternatif prévu pour fonctionner avec un taux élevé de gaz brûlés recyclés caractérisé par le fait que pendant la phase de compression La masse gazeuse contenue dans le cylindre comporte Une zone occupée essentiellement, pendant toute la compression par des gaz brûlés recyclés où la concentration d'oxygène résiduel est insuffisante pour permettre un autoallumage précoce.  The subject of the invention is a combustion method for an alternative engine intended to operate with a high rate of recycled flue gases, characterized in that during the compression phase the gaseous mass contained in the cylinder comprises an essentially occupied zone during any compression by recycled burned gases where the residual oxygen concentration is insufficient to allow early auto-ignition.

Une zone qui contient sensiblement la totalité de la charge d'air frais.  An area that contains substantially all of the fresh air charge.

Le carburant est introduit dans la première zone pour créer un mélange de gaz brûlés et de vapeur de carburant aussi homogène que possible en fin de compression.  The fuel is introduced into the first zone to create a mixture of burnt gases and fuel vapor as homogeneous as possible at the end of compression.

La charge comburante d'air frais et la charge ainsi carburée sont chauffées séparément par la compression au dessus du seuil d'auto allumage.  The fresh air oxidizing charge and the fuel charge are heated separately by the compression above the self-ignition threshold.

Les deux zones sont mélangées par diffusion au voisinage du point mort haut du piston pour entretenir une flamme de diffusion avec les produits mis en contact.  The two zones are diffusion mixed in the vicinity of the top dead center of the piston to maintain a diffusion flame with the contacted products.

L'invention concerne également des moteurs adaptés à ce procédé.  The invention also relates to engines adapted to this method.

Contrairement à l'art antérieur où le mélange d'air frais et de gaz brûlés recyclés présent dans le cylindre est homogène en fin de compression, la présente invention prévoit de limiter au maximum la zone de mélange pour conserver jusqu'à la fin de la compression une zone remplie de gaz brûlés ne contenant que l'oxygène résiduel du cycle précédent et une zone remplie d'air frais.  Unlike the prior art in which the mixture of fresh air and recycled flue gas present in the cylinder is homogeneous at the end of compression, the present invention provides for limiting the mixing zone as much as possible to conserve until the end of the compression a zone filled with burnt gas containing only the residual oxygen of the previous cycle and a zone filled with fresh air.

Dans la zone intermédiaire mélangée, la concentration d'oxygène varie donc entre la valeur résiduelle de la combustion précédente et celle de l'air frais.  In the mixed intermediate zone, the oxygen concentration therefore varies between the residual value of the preceding combustion and that of the fresh air.

Contrairement à l'art antérieur où le carburant est introduit dans un mélange comburant où la concentration d'oxygène est suffisante pour en assurer l'oxydation par diffusion locale, la présente invention prévoit d'introduire le carburant au coeur de la zone remplie de gaz brûlés peu oxygénés.  Unlike the prior art where the fuel is introduced into an oxidizing mixture where the oxygen concentration is sufficient to ensure oxidation by local diffusion, the present invention provides for introducing the fuel into the core of the gas-filled zone. burned slightly oxygenated.

Un mélange plus ou moins stratifié de gaz brûlés et de vapeur de carburant s'homogénéise en s'échauffant jusqu'à la fin de la compression dans une zone du cylindre alors que l'air frais et la zone de mélange s'échauffent dans une autre partie du cylindre.  A more or less stratified mixture of burnt gas and fuel vapor is homogenized by heating up to the end of the compression in a zone of the cylinder while the fresh air and the mixing zone heat up in a other part of the cylinder.

Le mélange carburé doit être organisé pour que, en fin de compression, la dilution de la vapeur de carburant par les gaz brûlés soit partout suffisante pour interdire la formation de NOX dans une combustion localement stoechiométrique.  The fuel mixture must be organized so that, at the end of compression, the dilution of the fuel vapor by the flue gases is everywhere sufficient to prohibit the formation of NOX in a locally stoichiometric combustion.

Schématiquement l'art antérieur dilue par des gaz brûlés toute la charge d'oxygène avant d'introduire le carburant liquide.La température locale est limitée par la concentration massique d'oxygène quelle que soit la concentration locale de carburant créée par l'injecteur qui accumule le carburant autour des gouttelettes en générant des particules.  Schematically the prior art diluted by flue gases all the oxygen charge before introducing the liquid fuel. The local temperature is limited by the mass concentration of oxygen whatever the local fuel concentration created by the injector that accumulates fuel around the droplets by generating particles.

Au contraire, la présente invention dilue par des gaz brûlés toute la vapeur de carburant avant d'introduire l'oxygène frais dans la zone réactionnelle.  In contrast, the present invention dilutes all fuel vapor with flue gas before introducing the fresh oxygen into the reaction zone.

La température locale est limitée par la faible concentration locale de carburant qui élimine simultanément la formation de NOX et les points riches générateurs de particules.  Local temperature is limited by the low local fuel concentration that simultaneously eliminates NOX formation and rich particle generating points.

En fin de compression les températures des zones carburée et comburante sont suffisantes pour qu'un autoallumage se déclenche dès la mise en présence par diffusion des molécules d'hydrocarbures et des molécules d'oxygène sans formation de prémélange important.  At the end of the compression, the temperatures of the carburized and oxidizing zones are sufficient for an autoignition to be triggered as soon as diffusion of the hydrocarbon molecules and the oxygen molecules is brought about without any major premix formation.

La combustion peut démarrer par un autoallumage du prémélange carburé, qui s'ajoute à la compression pour activer les produits à brûler.  Combustion can start by self-igniting the carbureted premix, which adds to the compression to activate the products to be burned.

La concentration d'oxygène résiduel de la zone carburée est suffisamment faible pour que l'auto allumage éventuel du prémélange carburé se développe sur un mode HCCI silencieux.  The residual oxygen concentration of the carburetted zone is sufficiently low that the possible auto ignition of the carburized premix develops on a silent HCCI mode.

Le point d'allumage éventuel du prémélange peut être contrôlé par le point d'injection,par la richesse, par le taux de compression, par la température des gaz recyclés ou tout autre moyen connu pour contrôler le procédé HCCI.  The possible ignition point of the premix can be controlled by the injection point, the richness, the compression ratio, the temperature of the recycled gas or any other known means to control the HCCI process.

La combustion principale se développe au voisinage du point mort haut au rythme de la diffusion turbulente de la charge carburée dans la charge comburante consécutive à la chasse des gaz du cylindre dans la chambre de combustion provoquée par le mouvement du piston.  The main combustion develops in the vicinity of the top dead center at the rate of the turbulent diffusion of the carburized charge in the oxidizing charge following the flushing of the cylinder gases in the combustion chamber caused by the movement of the piston.

Ce processus de mélange doit être rapide et complet pour garantir une oxydation totale du combustible. Il est avantageux de générer l'énergie de mélange pendant la phase de remplissage en communiquant à la charge gazeuse une énergie cinétique de rotation qui se dégradera en turbulence lors du transfert centripète dans une chambre de combustion de diamètre très inférieur à l'alésage.  This mixing process must be fast and complete to ensure complete oxidation of the fuel. It is advantageous to generate the mixing energy during the filling phase by communicating to the gaseous load a rotational kinetic energy which will degrade in turbulence during the centripetal transfer in a combustion chamber of a diameter much smaller than the bore.

Si la rencontre entre gaz comburant et gaz carburé s'effectue à la périphérie de la chambre dans ce mouvement de rotation, les gaz brûlés à haute température s'évacuent vers l'axe de la chambre pour laisser la périphérie à des produits réactionnels frais.Le phénomène de mélange est ainsi accéléré par la combustion.  If the meeting between the oxidizing gas and the carburetted gas takes place at the periphery of the chamber in this rotational movement, the gases burned at high temperature evacuate towards the axis of the chamber to leave the periphery to fresh reaction products. The mixing phenomenon is thus accelerated by combustion.

Un avantage supplémentaire de ce mécanisme est de concentrer les gaz chauds au c ur de la charge et de limiter les pertes thermiques aux parois de la chambre de travail.  An additional advantage of this mechanism is to concentrate the hot gases at the heart of the load and to limit heat losses to the walls of the working chamber.

L'invention peut aussi présenter les caractéristiques suivantes. De préférence, le carburant est introduit sous forme d'un brouillard propulsé par un injecteur à haute pression vers la zone des gaz brûlés quand celle ci a atteint une température suffisante pour vaporiser les gouttelettes liquides.  The invention may also have the following characteristics. Preferably, the fuel is introduced in the form of a mist propelled by a high-pressure injector towards the zone of the flue gases when the latter has reached a temperature sufficient to vaporize the liquid droplets.

Un carburant volatil peut être injecté dans les orifices d'admission pendant et au rythme de l'introduction des gaz brûlés recyclés.  Volatile fuel can be injected into the intake ports during and at the rate of introduction of recycled flue gases.

Les gaz recyclés de la zone contiennent par exemple la majorité des imbrûlés du cycle précédent.  For example, the recycled gases in the zone contain the majority of unburnt gases from the previous cycle.

Les gaz recyclés de la zone contiennent les gaz ayant, par exemple, subi un refroidissement au contact des parois de la chambre de travail pendant le cycle précédent.  The gases recycled from the zone contain the gases having, for example, been cooled in contact with the walls of the working chamber during the preceding cycle.

Dans un mode de mise en uvre avantageux, la chambre de travail possède une symétrie de révolution autour de l'axe du cylindre et la chambre de combustion est une cavité coaxiale au cylindre située dans le piston et/ou la culasse, et dont le diamètre est inférieur à celui du cylindre (50 à 60%). La zone des gaz recyclés peut être animée d'un mouvement de rotation rapide autour de l'axe du cylindre et, en fin de compression, elle est intégralement transférée dans la chambre de combustion alors que la charge d'air frais se trouve encore dans l'espace annulaire entre le piston et la culasse.  In an advantageous embodiment, the working chamber has a symmetry of revolution about the axis of the cylinder and the combustion chamber is a cavity coaxial with the cylinder located in the piston and / or the cylinder head, and whose diameter is less than that of the cylinder (50 to 60%). The recycled gas zone can be rapidly rotated around the cylinder axis and, at the end of compression, it is completely transferred to the combustion chamber while the fresh air charge is still in the combustion chamber. the annular space between the piston and the cylinder head.

Dans un mode de mise en oeuvre la zone des gaz recyclés peut être localisée contre le piston et le bol de combustion est une cavité aménagée dans le piston.  In one embodiment, the zone of the recycled gases can be located against the piston and the combustion bowl is a cavity arranged in the piston.

Dans une autre réalisation, la culasse comporte une protubérance qui pénètre dans la chambre de combustion au point mort haut du piston de façon à laisser un jeu annulaire variable en fonction de la position du piston pour maintenir une vitesse de transfert sensiblement indépendante de la position du piston.  In another embodiment, the cylinder head has a protrusion which enters the combustion chamber at the top dead center of the piston so as to leave a variable annular clearance depending on the position of the piston to maintain a transfer speed substantially independent of the position of the piston. piston.

En variante, la charge d'air frais est concentrée contre le cylindre, la charge de gaz brûlés occupe la zone centrale du cylindre et le bol de combustion est situé pour moitié dans le piston et pour moitié dans la culasse.  Alternatively, the charge of fresh air is concentrated against the cylinder, the burned gas charge occupies the central zone of the cylinder and the combustion bowl is located half in the piston and half in the cylinder head.

L'allumage peut se produire à la périphérie de la chambre de combustion quand l'air frais commence à oxygéner la charge carburée.  Ignition may occur at the periphery of the combustion chamber when fresh air begins to oxygenate the carburetted charge.

L'allumage peut aussi se produire au sein de la charge carburée quand elle atteint la température d'autoallumage et la charge d'air frais commence à pénétrer dans la chambre de combustion.  Ignition can also occur within the carburetted charge when it reaches the auto-ignition temperature and the fresh air charge begins to enter the combustion chamber.

De préférence, les gaz recyclés sont chauds et l'allumage se produit immédiatement après l'injection de carburant dans ces derniers un peu avant le point mort haut.  Preferably, the recycled gases are hot and the ignition occurs immediately after the injection of fuel therein a little before the top dead center.

La stratification de la charge gazeuse peut être obtenue en introduisant successivement les zones dans le cylindre via les mêmes orifices et de préférence, la zone des gaz recyclés la première. La séparation des zones peut être préparée dans une chambre de stratification oblongue extérieure au cylindre débouchant d'un coté dans le collecteur d'alimentation en air et de l'autre dans le conduit d'admission de la culasse.  The stratification of the gaseous feedstock can be obtained by successively introducing the zones into the cylinder via the same orifices and preferably the zone of the recycled gases first. The separation of the zones can be prepared in an oblong stratification chamber external to the cylinder opening on one side in the air supply manifold and the other in the intake duct of the cylinder head.

Par exemple dans un moteur adapté au cycle à 4 temps, la chambre de stratification est alimentée en gaz brûlés par un conduit d'échappement du même cylindre, distinct du conduit d'alimentation de la turbine, via un réfrigérant et le conduit d'admission.  For example, in a motor adapted to the 4-stroke cycle, the lamination chamber is supplied with burnt gases through an exhaust pipe of the same cylinder, separate from the turbine supply duct, via a refrigerant and the intake duct. .

Par exemple, dans un moteur adapté au cycle à 2 temps, - le réfrigérant des gaz est situé dans la chambre de stratification du coté de la culasse, - un clapet anti retour situé entre la chambre de stratification et le collecteur d'air interdit tout écoulement de la chambre vers le collecteur, - les orifices d'admission sont ouverts avant les orifices d échappement pour détendre les gaz dans la chambre de stratification via le réfrigérant remplie d'air, et - les orifices d'échappement sont ouverts ensuite pour permettre à la charge stratifiée comprimée de balayer le cylindre via les orifices d'admission et de se réalimenter en air frais via le clapet anti retour. Fonctionnement de l'invention L'autoallumage du prémélange très riche, quand il existe, se développe sans cognement, faute d'oxygène pour accélérer la réaction dans le ballast de gaz brûlés et de carburant excédentaire.  For example, in a motor adapted to the two-stroke cycle, the gas cooler is located in the lamination chamber on the side of the cylinder head, an anti-return valve located between the lamination chamber and the air collector prohibits any flow from the chamber to the manifold, - the inlet ports are open before the exhaust ports to relax the gases in the lamination chamber via the refrigerant filled with air, and - the exhaust ports are then opened to allow the compressed stratified charge sweeps the cylinder through the intake ports and re-supplies fresh air through the check valve. Operation of the Invention The self-ignition of the very rich premix, when it exists, develops without knocking because of the lack of oxygen to accelerate the reaction in the ballast of burnt gas and excess fuel.

Il se développe sans formation de NOX compte tenu de la très faible concentration d'oxygène.  It develops without NOX formation due to the very low oxygen concentration.

Il se développe très au dessous de la température de formation des suies dans un milieu exempt d'accumulation locale de carburant.  It develops very below the soot formation temperature in a medium free of local fuel accumulation.

La combustion principale par diffusion ne forme pas de NOX car la dilution par des gaz brûlés de la vapeur de carburant limite la température locale même en excès d'oxygène.  The main combustion by diffusion does not form NOX because the dilution by flue gas of the fuel vapor limits the local temperature even in excess of oxygen.

La combustion principale par diffusion ne forme pas de particules car la vapeur de carburant a eu le temps de se disperser dans la masse de gaz brûlés en éliminant les points d'accumulation.  The main combustion by diffusion does not form particles because the fuel vapor has had time to disperse in the burnt gas mass by eliminating the accumulation points.

La combustion principale n'est pas bruyante car elle se développe au rythme de la diffusion gazeuse de la charge comburante dans la charge carburée.  The main combustion is not noisy because it develops at the rate of gaseous diffusion of the oxidizing charge in the carburetted charge.

L'autoallumage de la charge carburée doit se produire avant que son mélange avec la charge comburante soit suffisamment avancé pour être le siège d'une combustion détonnante en prémélange.  The autoignition of the carburetted charge must occur before its mixture with the oxidizing charge is sufficiently advanced to be the seat of a detonating combustion premix.

La combustion éventuelle en mode HCCI de l'oxygène prémélangé dans la charge carburée s'associe au mouvement du piston pour échauffer par compression la charge comburante au dessus du seuil d'auto allumage.  The possible combustion in HCCI mode of premixed oxygen in the carburetted charge is associated with the movement of the piston to heat the oxidizing charge by compression above the autoignition threshold.

0 Le procédé implique que la charge gazeuse reste stratifiée pendant la compression pour éviter la rencontre de l'oxygène et du carburant avant que le piston s'approche du point mort haut.  The process implies that the gaseous charge remains stratified during compression to avoid the meeting of oxygen and fuel before the piston approaches top dead center.

La charge gazeuse trappée dans le cylindre est construite à partir des composants suivants: L'air frais prélevé à l'atmosphère pour chaque cycle, par exemple, à 350 K environ, Les gaz brûlés des cycles précédents retenus dans le cylindre à 900 K environ, par exemple, Le cas échéant, les gaz brûlés des cycles précédents recirculés dans le cylindre après un refroidissement externe jusqu'à, par exemple, 450 K environ.  The gaseous charge trapped in the cylinder is constructed from the following components: The fresh air taken from the atmosphere for each cycle, for example, at about 350 K, The flue gases from previous cycles retained in the cylinder at about 900 K For example, if appropriate, the flue gases of the preceding cycles recirculated in the cylinder after external cooling to, for example, about 450 K.

Dans un mouvement de rotation autour de l'axe du cylindre, ces trois composants sont avantageusement stratifiés radialement avec l'air frais contre le cylindre, les gaz brûlés refroidis à l'intérieur de la couche d'air frais et la colonne de gaz chauds retenus au centre du cylindre.  In a rotational movement about the axis of the cylinder, these three components are advantageously laminated radially with the fresh air against the cylinder, the burnt gases cooled inside the fresh air layer and the column of hot gases held in the center of the cylinder.

Les mélanges entre couches constituent en fin de compression un gradient radial de concentration d'oxygène maximale contre le cylindre et faible au centre ainsi qu'un gradient radial de température faible au cylindre et maximale au centre.  At the end of compression, the mixtures between layers constitute a radial gradient of maximum oxygen concentration against the cylinder and low in the center, as well as a radial gradient of low temperature at the cylinder and maximum at the center.

La combustion selon l'invention s'organise essentiellement pendant les transferts entre le cylindre et le bol de combustion créés par le piston sur, par exemple, 20 à 30 degrés de vilebrequin de part et d'autre du point mort haut.  The combustion according to the invention is essentially organized during transfers between the cylinder and the combustion bowl created by the piston on, for example, 20 to 30 degrees of crankshaft on either side of the top dead center.

Le processus d'introduction du carburant dépend de sa volatilité et de son inflammabilité.  The fuel introduction process depends on its volatility and flammability.

Le gazole est avantageusement atomisé à haute pression précocement pendant la course de compression dans le centre du cylindre rempli de gaz brûlés trop pauvres en oxygène pour déclencher une combustion détonnante au point mort haut.  The gas oil is advantageously atomized at high pressure early during the compression stroke in the center of the cylinder filled with burned gas too low in oxygen to trigger a top-dead high-explosive combustion.

Dans ces conditions, l'autoallumage éventuel du prémélange est réglé par l'angle de début d'injection qui fixe l'origine des phénomènes de pré oxydation.  Under these conditions, the possible auto-ignition of the premix is regulated by the injection start angle which fixes the origin of the preoxidation phenomena.

La masse de gaz brûlés recyclés doit être suffisante pour maintenir partout la température de flamme au dessous du seuil de formation des NOX thermiques.  The mass of recycled flue gas must be sufficient to maintain the flame temperature everywhere below the thermal NOX formation threshold.

Il est avantageux de donner aux gaz recyclés une forte turbulence pour homogénéiser la charge carburée après l'injection du carburant et pour accélérer la diffusion ultérieure de l'oxygène pendant les transferts de gaz entre le cylindre et la chambre de combustion au voisinage du point mort haut.  It is advantageous to give the recycled gases a high degree of turbulence in order to homogenise the carburised charge after the injection of the fuel and to accelerate the subsequent diffusion of the oxygen during the transfers of gas between the cylinder and the combustion chamber in the vicinity of the neutral position. high.

Quand les gaz recyclés sont trop chauds pour éviter un autoallumage précoce le carburant doit être injecté plus tardivement dans les gaz brûlés, par exemple au début de la période de transfert de la charge comburante dans la chambre de combustion. A haute température la vaporisation est presque instantanée et le mélange entre la vapeur et les gaz résiduels peut s'effectuer immédiatement avant la pénétration diffusante de l'oxygène dans la zone réactionnelle. L'organisation du mélange entre le carburant et les gaz brûlés est, dans ce cas, essentiellement assurée par l'injecteur.  When the recycled gases are too hot to avoid early auto ignition the fuel must be injected later in the flue gas, for example at the beginning of the period of transfer of the oxidizing charge into the combustion chamber. At high temperature the vaporization is almost instantaneous and the mixing between the vapor and the residual gases can take place immediately before the diffusing penetration of the oxygen in the reaction zone. The organization of the mixture between the fuel and the flue gases is, in this case, essentially provided by the injector.

La charge d'air frais admise pour oxyder le carburant injecté est maintenue séparée de la charge carburée jusqu'au voisinage du point mort haut par une zone tampon comportant de l'air frais à l'extérieur et des gaz brûlés à l'intérieur.  The charge of fresh air admitted to oxidize the injected fuel is kept separate from the carburetted charge to the vicinity of the top dead center by a buffer zone containing fresh air outside and gases burned inside.

Pendant la compression, la charge carburée, la charge oxygénée et la zone tampon se réchauffent séparément jusqu'à la température d'auto-allumage.  During compression, the carburised filler, the oxygenated filler and the buffer zone heat up separately to the auto-ignition temperature.

Pour limiter la température de l'azote de la charge comburante, il est avantageux de porter le mélange carburé à une température supérieure pour atteindre le seuil d'autoallumage associé à la présence des radicaux actifs préoxydés. Cette stratégie prend en compte la difficulté de refroidir les gaz brûlés au même niveau que l'air frais.  To limit the temperature of the nitrogen of the oxidizing charge, it is advantageous to bring the fuel mixture to a higher temperature to reach the threshold of autoignition associated with the presence of the preoxidized active radicals. This strategy takes into account the difficulty of cooling the flue gases to the same level as the fresh air.

Un peu avant le point mort haut la zone carburée s'enflamme éventuellement sur le mode HCCI É Immédiatement après, les deux charges sont mélangées par le mouvement du piston au rythme de la diffusion gazeuse générée par l'aérodynamique interne dans la zone réactionnelle. La combustion principale se développe au rythme de cette diffusion.  A little before the top dead center, the carburetted zone ignites possibly in the HCCI mode. Immediately afterwards, the two charges are mixed by the movement of the piston at the rate of the gas diffusion generated by the internal aerodynamics in the reaction zone. The main combustion develops at the rate of this diffusion.

Après l'autoallumage éventuel du prémélange très pauvre en oxygène, le dégagement d'énergie est rythmé par le développement de la diffusion entre les deux charges réactives qui doit être organisée au voisinage du point mort haut.  After the possible autoignition of the premix very poor in oxygen, the release of energy is punctuated by the development of the diffusion between the two reactive charges which must be organized near the top dead center.

La diffusion turbulente requiert un gradient de vitesse entre les gaz carburés et les gaz comburants. Cette mise en vitesse peut être générée par le mouvement du piston, par le processus de remplissage, par l'injection du carburant et par la dilatation locale des gaz due à la combustion.  Turbulent diffusion requires a velocity gradient between the carburetted gases and the oxidizing gases. This speeding can be generated by the movement of the piston, the filling process, the injection of fuel and the local expansion of the gases due to combustion.

Les solutions sont nombreuses et dépendent de la structure de la stratification générée par les transferts en phases ouverte et fermée.  The solutions are numerous and depend on the structure of the stratification generated by the transfers in open and closed phases.

Ce procédé suppose que la combustion soit voisine de la stoechiométrie au moins dans la zone de la chambre qui sera recyclée et irriguée et que la charge carburée se mélange peu à la zone oxygénée jusqu'à la fin de la course de compression.Les éventuels imbrûlés présents dans cette zone pourront ainsi être recyclés.  This process assumes that the combustion is close to the stoichiometry at least in the zone of the chamber which will be recycled and irrigated and that the carburized charge mixes little oxygenated zone until the end of the compression stroke. The possible unburnt present in this area can be recycled.

Au contraire la zone de la chambre qui sera évacuée, par exemple, vers une turbine peut être plus oxygénée pour supprimer les imbrûlés dans les gaz d'échappement.  On the contrary, the zone of the chamber that will be evacuated, for example, to a turbine may be more oxygenated to eliminate unburned in the exhaust gas.

Il est donc préférable que les gaz à recycler soient orientés vers un circuit indépendant du circuit d'alimentation de la turbine.  It is therefore preferable that the gases to be recycled are directed to a circuit independent of the turbine supply circuit.

A la fin de la course de détente on distingue deux zones dans le cylindre Une zone, pauvre en hydrocarbures imbrûlés qui peut contenir de l'oxygène résiduel pour d'éventuels post- traitements. Elle sera détendue dans la turbine. De préférence, cette zone ne comporte pas de gaz brûlés ayant subi un refroidissement aux parois de la chambre de travail.  At the end of the relaxation stroke there are two zones in the cylinder A zone, low in unburned hydrocarbons which may contain residual oxygen for possible post-treatments. It will be relaxed in the turbine. Preferably, this zone does not comprise burnt gases that have been cooled on the walls of the working chamber.

Une zone qui comporte éventuellement des hydrocarbures imbrûlés et qui comporte de préférence les gaz brûlés ayant subi un refroidissement au contact des parois.Elle sera retenue dans le cylindre ou refroidie extérieurement pour être recyclée ultérieurement afin d'oxyder les imbrûlés. Cette zone sera irriguée par la nouvelle charge de carburant.  An area which optionally comprises unburnt hydrocarbons and which preferably comprises the burnt gases which have been cooled in contact with the walls. It will be retained in the cylinder or cooled externally for later recycling to oxidize the unburnt. This area will be irrigated by the new fuel load.

Il est avantageux d'organiser la chambre de combustion pour maintenir la zone riche qui sera recyclée contre les parois de la chambre de travail afin d'inclure les pertes de chaleur du cycle fermé dans les pertes par refroidissement des gaz brûlés recyclés.La partie la plus chaude de la charge gazeuse est prioritairement évacuée vers la turbine.  It is advantageous to organize the combustion chamber to maintain the rich zone that will be recycled against the walls of the working chamber to include the heat losses of the closed cycle in the losses by cooling the recycled flue gases. warmer the gaseous charge is primarily discharged to the turbine.

Les phases délicates du procédé sont successivement: La génération de la stratification et le maintien pendant la compression de la séparation entre la charge de gaz brûlés et la charge comburante.  The delicate phases of the process are successively: The generation of the stratification and the maintenance during compression of the separation between the charge of burnt gas and the oxidizing charge.

La création d'un mélange quasi homogène entre les gaz brûlés et la vapeur de carburant.  The creation of an almost homogeneous mixture between flue gas and fuel vapor.

et totale de la charge carburée au point mort haut générer la que certains à mettre en uvre dans les cycles à 4 et généraux sont les suivants: à l'approche homogène où les gaz simultanément pour tous les cylindres commun avec l'air frais, l'approche 20 stratifiée impose un dosage cylindre par cylindre des gaz recyclés.  and total of the carburetted load at top dead center generating that some to implement in the 4-way and general cycles are as follows: at the homogeneous approach where the gases simultaneously for all the cylinders common with the fresh air, the The laminated approach requires cylinder-by-cylinder metering of the recycled gases.

Contrairement à l'air frais qui est délivré par un compresseur commun à tous les cylindres, les gaz sont émis par chaque cylindre individuellement pendant le processus de vidange précis et répétitif. La présente invention prévoit d'utiliser ce processus pour doser la quantité de gaz adressée au cylindre récepteur.  Unlike fresh air that is delivered by a compressor common to all cylinders, the gases are emitted by each cylinder individually during the precise and repetitive emptying process. The present invention provides for using this process to meter the amount of gas directed to the receiver cylinder.

La géométrie des circuits d'alimentation et d'évacuation des cylindres doit être identique pour 30 assurer un dosage équilibré des gaz recyclés et de l'air frais. 15  The geometry of the supply and discharge circuits of the rolls must be identical to ensure a balanced dosage of the recycled gases and the fresh air. 15

La diffusion comburante dans la combustion.  Oxidative diffusion in combustion.

Génération de la stratification.Generation of stratification.

Les procédés sont nombreux pour stratification et ne seront décrits ci après exemples faciles à 2 temps.  The methods are numerous for lamination and will not be described here after easy 2-step examples.

Les principes Contrairement recyclés sont dosés dans un mélangeur rapide charge La zone parasite de mélange entre l'air frais et les gaz recyclés se développe sensiblement proportionnellement au temps de présence dans le cylindre.  The principles Unlike recycled are dosed in a fast mixer charge The parasitic mixing zone between the fresh air and the recycled gases develops substantially in proportion to the time of presence in the cylinder.

Le cycle à 2 temps est plus favorable à la stratification que le cycle à 4 temps parce que la durée de cohabitation des deux charges dans le cylindre y est environ trois fois plus courte.  The two-stroke cycle is more conducive to stratification than the four-stroke cycle because the coexistence time of the two charges in the cylinder is about three times shorter.

La solution la plus simple pour recycler des gaz chauds consiste à les retenir dans le cylindre d'un cycle à l'autre.  The simplest solution for recycling hot gases is to hold them in the cylinder from one cycle to another.

Un dosage précis de la masse retenue peut être assuré par le calage des soupapes qui peut être réglé en marche par un déphaseur d'arbre à cames.  A precise dosage of the retained mass can be ensured by the setting of the valves which can be set in operation by a camshaft dephaser.

Dans un cycle à 4 temps la fermeture précoce de l'échappement s'accompagne d'une phase inutile de compression détente des gaz recyclés génératrice de pertes par frottements.  In a four-stroke cycle the early closure of the exhaust is accompanied by a useless compression phase relaxation of the recycled gases generating friction losses.

Dans un cycle à 2 temps il suffit de sous-balayer le cylindre pour y retenir des gaz brûlés du cycle précédent.  In a two-stroke cycle, it suffices to under-sweep the cylinder to retain burnt gases from the previous cycle.

Pour stratifier la charge, l'air frais doit être orienté vers une partie du cylindre en évitant au maximum les phénomènes de mélange avec les gaz déjà présents.  To stratify the load, the fresh air must be directed towards a part of the cylinder avoiding as much as possible mixing with the gases already present.

L'inconvénient de cette méthode est la forte température des gaz recyclés qui peut s'avérer trop élevée pour éliminer les NOX.  The disadvantage of this method is the high temperature of the recycled gases which may be too high to eliminate NOx.

Cette solution peut être viable dans un cycle à 2 temps très suralimenté asymétrique à fort taux de détente pour diminuer la température en fin de détente et à faible taux de compression pour diminuer l'échauffement pendant la compression.  This solution can be viable in a two-cycle very supercharged asymmetric high expansion rate to decrease the temperature at the end of relaxation and low compression rate to reduce heating during compression.

On injectera avantageusement le carburant en début de compression afin de refroidir les gaz avant de les comprimer.  The fuel is advantageously injected at the beginning of compression in order to cool the gases before compressing them.

En général, il faut refroidir les gaz à l'extérieur du cylindre.  In general, the gases must be cooled outside the cylinder.

Pour pouvoir recycler la zone polluée de la chambre de combustion, on ne décrira que les procédés de stratification où la traçabilité des gaz recyclés est sauvegardée entre les cylindres émetteurs et les cylindres récepteurs.  In order to be able to recycle the polluted zone of the combustion chamber, only stratification processes will be described where the traceability of the recycled gases is saved between the emitting cylinders and the receiving cylinders.

Ceci implique que la vidange du cylindre s'effectue en deux phases distinctes vers la turbine et vers le circuit de recyclage par des orifices de préférence différents.  This implies that the emptying of the cylinder takes place in two distinct phases to the turbine and to the recycling circuit by preferably different orifices.

Il est très difficile d'installer une stratification en introduisant simultanément l'air frais et les gaz brûlés dans le cylindre. On préfèrera donc les procédés où les gaz et l'air sont introduits successivement et particulièrement où les gaz sont introduits d'abord.  It is very difficult to install stratification by simultaneously introducing fresh air and flue gases into the cylinder. The processes where the gases and the air are introduced successively and particularly where the gases are introduced first will therefore be preferred.

La stratification pourrait alors être générée pendant le remplissage en ouvrant successivement des orifices d'admission distincts pour les gaz brûlés recirculés et pour l'air frais. Le passage d'un orifice à l'autre implique néanmoins une phase de mélange où une soupape se ferme pendant que l'autre s'ouvre.  The stratification could then be generated during filling by successively opening separate inlet ports for recirculated flue gases and for fresh air. The passage from one orifice to another, however, involves a mixing phase where one valve closes while the other opens.

Afin de ne pas interrompre le remplissage et de profiter de toute la section d'admission, il est plus avantageux de préparer la charge stratifiée à l'extérieur du cylindre et de l'introduire sans discontinuité par un même orifice qui verra passer successivement des gaz recyclés puis de l'air frais par exemple.  In order not to interrupt the filling and to take advantage of the entire intake section, it is more advantageous to prepare the stratified charge outside the cylinder and to introduce it without discontinuity through the same orifice which will successively pass gases. recycled then fresh air for example.

Pour atteindre ce but l'invention prévoit, avantageusement, de disposer une chambre de stratification individuelle dans le conduit d'admission de chaque cylindre.Bien qu'un moteur à 2 temps d'architecture axisymétrique permettrait une application optimale du procédé, l'invention sera décrite sur un moteur à 4 temps d'architecture classique pour faciliter l'exposé.  To achieve this object, the invention advantageously provides an individual lamination chamber in the intake duct of each cylinder. Although a two-stroke engine of axisymmetric architecture would allow optimum application of the method, the invention will be described on a classic 4-stroke engine for ease of presentation.

On se réfère maintenant à la description suivante,  Reference is now made to the following description,

faite à titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé, dans lequel: les figures 1 et 2 représentent un moteur 4 temps mis en oeuvre dans l'invention, les figures 3 à 9 représentent schématiquement l'aérodynamique en coupe méridienne d'un cylindre pendant le fonctionnement, les figures 10 et 11 représentent schématiquement les diffusions pour deux formes de chambres de combustion, la figure 12 représente un moteur dans un mode de mise en oeuvre simplifiée.  by way of nonlimiting example and with reference to the appended drawing, in which: FIGS. 1 and 2 show a 4-stroke engine used in the invention; FIGS. 3 to 9 show schematically aerodynamics in meridian section; 1 during operation, FIGS. 10 and 11 show schematically the diffusions for two forms of combustion chambers, FIG. 12 represents a motor in a simplified embodiment.

On se réfère maintenant à la figure 1 qui représente un moteur à 4 temps, 4 cylindres et 4 soupapes par cylindre actionnées par deux arbres à cames.  Referring now to Figure 1 which shows a 4-stroke engine, 4 cylinders and 4 valves per cylinder operated by two camshafts.

Les soupapes d'admission Al, A2 diamétralement opposées sont associées à un canal directif pour créer des jets d'air tangents au cylindre et très couchés sur le plan de culasse afin de générer un écoulement hélicoïdal de révolution qui envahit le cylindre à partie de la culasse, par exemple, conformément à la demande de brevet France n 03 03728. Un premier arbre à cames AàCl actionne une soupape d'échappement Et qui  The diametrically opposite intake valves A1, A2 are associated with a directional channel to create air jets tangent to the cylinder and very lying on the yoke plane to generate a helical flow of revolution that invades the cylinder from the breech, for example, in accordance with the French patent application No. 03 03728. A first camshaft AaCl actuates an exhaust valve And which

alimente la turbine et une soupape d'admission Al.  feeds the turbine and an inlet valve Al.

L'autre arbre à cames A à C2, de préférence déphasable par rapport au premier, actionne une soupape d'échappement Er qui alimente le circuit de recyclage et l'autre soupape d'admission A2.  The other camshaft A to C2, preferably out of phase with the first, actuates an exhaust valve Er which feeds the recycling circuit and the other intake valve A2.

La chambre de stratification 1 de volume voisin de la cylindrée unitaire 2 a de préférence une forme oblongue pour limiter la surface de contact 3 entre les gaz et l'air frais.  The laminating chamber 1 with a volume close to the unit cubic capacity 2 preferably has an oblong shape to limit the contact surface 3 between the gases and the fresh air.

La chambre 1 est placée entre les orifices d'admission 4 du cylindre et le collecteur 5 d'arrivée d'air refroidi du compresseur 6.  The chamber 1 is placed between the intake ports 4 of the cylinder and the cooled air intake manifold 5 of the compressor 6.

Pendant chaque cycle, la chambre 1 subit une phase de remplissage et une phase de vidange dans le cylindre auquel elle est associée.  During each cycle, the chamber 1 undergoes a filling phase and a draining phase in the cylinder with which it is associated.

Elle se remplit d'air frais par sa jonction 7 avec le collecteur d'admission 5 et de gaz brûlés refroidis issus du même cylindre par sa jonction 8 avec les orifices d'admission 4.  It fills with fresh air through its junction 7 with the intake manifold 5 and cooled flue gases from the same cylinder through its junction 8 with the intake ports 4.

Son alimentation en gaz brûlés doit être répétitive de cycle à cycle et identique pour tous les cylindres.  Its flue gas supply must be repetitive from cycle to cycle and identical for all cylinders.

On a vu précédemment l'intérêt d'une vidange du cylindre en deux temps fixés par l'ouverture décalée de deux orifices d'échappement alimentant respectivement la turbine et le circuit de recyclage. Le déphasage entre les soupapes peut être réglé en fonctionnement par un déphaseur d'arbre à came pour doser la masse de gaz à recycler.  We have seen previously the advantage of a cylinder emptying in two stages fixed by the offset opening of two exhaust ports respectively supplying the turbine and the recycling circuit. The phase shift between the valves can be adjusted in operation by a camshaft dephaser for dosing the mass of gas to be recycled.

Pour conserver ce dosage jusqu'au cylindre récepteur, il est avantageux de prévoir un circuit de recyclage individuel comportant un réfrigérant 9 par cylindre.  To maintain this dosage up to the receiver cylinder, it is advantageous to provide an individual recycling circuit comprising a refrigerant 9 per cylinder.

Une vanne de réglage 10 située à la sortie de l'orifice de recyclage peut remplacer ou compléter le calage variable avec l'avantage de permettre de supprimer totalement le recyclage pendant les accélérations.  An adjustment valve 10 located at the exit of the recycling orifice can replace or supplement the variable setting with the advantage of allowing to completely eliminate recycling during accelerations.

Un bypass réglable 11 du réfrigérant 9 permet de régler la température des gaz recyclés indépendamment de leur débit.  An adjustable bypass 11 of the refrigerant 9 makes it possible to regulate the temperature of the recycled gases independently of their flow rate.

Un organe unique peut assurer ces deux fonctions. Par exemple un boisseau cylindrique percé de lumières communiquant avec l'entrée et la sortie du réfrigérant peut être commandé en translation pour régler le débit et en rotation pour régler la température.  A single organ can provide both functions. For example a cylindrical bush pierced with lights communicating with the inlet and the outlet of the refrigerant can be controlled in translation to adjust the flow rate and in rotation to adjust the temperature.

Les vannes et les bypass de tous les cylindres sont réglés simultanément par un dispositif de commande commun.  The valves and bypass of all the cylinders are set simultaneously by a common control device.

On se réfère maintenant à la figure 2 qui décrit les mouvements de gaz recyclés dans les conduits.  Referring now to Figure 2 which describes the movements of recycled gas in the ducts.

Le cylindre Cl se trouve au point mort haut croisement au début de sa course de remplissage.  The cylinder C1 is at the top dead center at the beginning of its filling stroke.

La charge de gaz refroidis est en attente dans la chambre de stratification 1.  The cooled gas charge is waiting in the lamination chamber 1.

Les gaz chauds à refroidir émis pendant la course d'échappement précédente occupent tout le volume compris entre la soupape Er et la soupape d'admission A2.  The hot gases to be cooled emitted during the preceding exhaust stroke occupy the entire volume between the valve Er and the intake valve A2.

Le cylindre C2 se trouve au point mort bas admission où toutes les soupapes sont fermées.  The cylinder C2 is at the bottom dead center where all the valves are closed.

Pendant la course d'admission les soupapes d'échappement Et et Er étant fermées, le cylindre a aspiré via les soupapes d'admission la charge de gaz brûlés refroidis en attente dans la chambre de stratification 1 suivie par la charge d'air frais contigu.  During the intake stroke the exhaust valves Et and Er being closed, the cylinder sucked through the intake valves the charge of cooled burnt gases waiting in the lamination chamber 1 followed by the charge of fresh air contiguous .

Les gaz présents dans le réfrigérant sont en cours de refroidissement.  The gases in the refrigerant are being cooled.

Le cylindre C3 se trouve au point mort haut compression.  The cylinder C3 is at the top dead center compression.

Les gaz présents dans le réfrigérant 9 poursuivent leur refroidissement en se contractant. La frontière avec l'air frais se déplace vers le réfrigérant.  The gases present in the refrigerant 9 continue their cooling by contracting. The boundary with the fresh air moves towards the refrigerant.

Le cylindre C4 se trouve au point mort bas détente.  The cylinder C4 is at the bottom dead center.

Les gaz présents dans le réfrigérant 9 terminent leur refroidissement en amenant l'air frais à la limite de ce dernier.La course d'échappement qui va suivre repoussera la frontière 3 jusqu'à sa position au cylindre 1.  The gases present in the refrigerant 9 complete their cooling by bringing the fresh air to the limit of the latter. The exhaust stroke that follows will push the boundary 3 to its position at the cylinder 1.

Les figures 3 à 9 décrivent schématiquement l'aérodynamique interne au cylindre pendant les phases compression combustion et détente dans une coupe méridienne.  Figures 3 to 9 schematically describe the aerodynamics internal to the cylinder during the combustion and expansion compression phases in a meridian section.

Si les orifices d'admission sont orientés tangentiellement au cylindre avec une faible inclinaison sur le plan de la culasse, la charge gazeuse en rotation s'approche d'une stratification de révolution autour de l'axe du cylindre comme le montre la fig. 3 La charge de gaz brûlés G1 occupe la partie centrale inférieure du cylindre. L'air frais G2 occupe la partie périphérique supérieure du cylindre.  If the intake ports are oriented tangentially to the cylinder with a small inclination on the yoke plane, the rotating gaseous charge approaches a stratification of revolution about the axis of the cylinder as shown in FIG. 3 The burnt gas charge G1 occupies the lower central part of the cylinder. The fresh air G2 occupies the upper peripheral part of the cylinder.

La figure 4 montre l'irrigation en carburant de gaz recyclés pendant la compression avec sa zone riche en carburant Z1 et sa zone pauvre Z2.  Figure 4 shows the fuel irrigation of recycled gas during compression with its fuel rich zone Z1 and its poor zone Z2.

La figure 5 montre la situation au début la combustion où les gaz carburés Z occupent la totalité du 22' bol de combustion 12 situé dans le piston.C'est à ce moment que l'autoallumage du mélange carburé peut éventuellement se produire.  FIG. 5 shows the situation at the beginning of combustion where the carburetted gases Z occupy the entire 22 'combustion bowl 12 located in the piston. It is at this point that the autoignition of the fuel mixture can possibly occur.

La figure 6 montre la combustion par diffusion au voisinage du point mort haut consécutive au transfert de la charge carburante composée essentiellement d'air frais G2, localisée dans l'espace annulaire entre le piston et la culasse dans la chambre de combustion pleine de gaz brûlés carburés Z. La figure 7 montre la situation en fin de détente où la zone Z1 transformée après combustion et détente peut contenir des inbrûlés et les gaz refroidis par les parois alors que la zone transformée Z2 qui contient un excès d'oxygène est la plus chaude.  FIG. 6 shows the diffusion combustion in the vicinity of the top dead center following the transfer of the fuel charge consisting essentially of fresh air G2, located in the annular space between the piston and the cylinder head in the combustion chamber full of burnt gases. Figure 7 shows the situation at the end of the expansion where the zone Z1 transformed after combustion and expansion can contain inbrûlés and the gases cooled by the walls while the transformed zone Z2 which contains an excess of oxygen is the hottest .

La zone transformée Z2 sera évacuée la première pendant la détente des gaz vers la turbine via la soupape Et.  The transformed zone Z2 will be evacuated first during the expansion of the gases towards the turbine via the valve Et.

La figure 8 montre la course d'échappement où la zone transformée Z1 est refoulée par le piston via la soupape Er vers le circuit de recyclage en déplaçant les gaz refroidis présents dans le réfrigérant vers la chambre de stratification 1 pour prendre leur place jusqu'au cycle suivant.  FIG. 8 shows the exhaust stroke where the transformed zone Z1 is discharged by the piston via the valve Er towards the recycling circuit by moving the cooled gases present in the refrigerant towards the lamination chamber 1 to take their place until next cycle.

La figure 9 montre une coupe perpendiculaire à l'axe du cylindre de la zone réactionnelle de la figure 6 où les produits de combustion sont évacués vers le centre par la centrifugation des gaz carburés plus lourds.  Figure 9 shows a section perpendicular to the cylinder axis of the reaction zone of Figure 6 where the combustion products are discharged to the center by centrifugation of the heavier carburetted gases.

Une méthode plus simple consiste à alimenter en gaz la chambre de stratification par des orifices d'admission ouverts pendant la vidange du cylindre.Ceci implique de placer le réfrigérant dans la chambre de stratification.  A simpler method is to supply gas to the lamination chamber through open intake ports during cylinder emptying. This involves placing the refrigerant in the lamination chamber.

La charge de gaz effectue un aller-retour dans réfrigérant pendant les transferts.  The gas charge goes back and forth in refrigerant during transfers.

L'inconvénient de la méthode est le faible temps de séjour des gaz dans le réfrigérant (pendant la phase fermée du cycle le réfrigérant est plein d'air) ainsi que le refroidissement hétérogène de la charge (les gaz voisins de l'arrivée d'air sont beaucoup plus refroidis que les gaz voisins des soupapes.  The disadvantage of the method is the short residence time of the gases in the refrigerant (during the closed phase of the cycle the refrigerant is full of air) as well as the heterogeneous cooling of the charge (the gases neighboring the arrival of air are much more cooled than the gases neighboring the valves.

L'avantage de la méthode est un dosage précis de la masse recyclée.  The advantage of the method is a precise dosage of the recycled mass.

Dans un cycle à 4 temps la séquence de transvasement est la suivante: Pendant la vidange du cylindre, les gaz brûlés sont évacués partiellement vers la turbine via les orifices d'échappement et partiellement vers le réfrigérant rempli d'air frais via les orifices d'admission.  In a four-stroke cycle, the transfer sequence is as follows: During cylinder emptying, the flue gases are partially discharged to the turbine via the exhaust ports and partially to the refrigerant filled with fresh air through the ports. admission.

Après l'évacuation des gaz, le cylindre réaspire successivement, via les orifices d'admission, les gaz brûlés du cycle précédent stockés et refroidis dans le réfrigérant d'admission et la charge fraîche qui remplace les gaz aiguillés vers la turbine.  After the evacuation of the gases, the cylinder successively re-sucks, via the intake ports, the burned gases from the previous cycle stored and cooled in the intake refrigerant and the fresh charge which replaces the gases supplied to the turbine.

Les orifices d'admission et d'échappement sont ouverts pendant la course de refoulement.  The intake and exhaust ports are open during the discharge stroke.

Pendant la course d'aspiration les orifices d'admission sont ouverts et les orifices d'échappement sont fermés.  During the suction stroke, the intake ports are open and the exhaust ports are closed.

Si les soupapes d'admission n'interfèrent pas avec le piston, il n'est pas nécessaire de les fermer au point mort haut croisement.  If the intake valves do not interfere with the piston, it is not necessary to close them at the top dead center.

Le pourcentage de gaz recyclés peut être réglé par le déphasage entre l'ouverture des orifices d'admission et celle des orifices d'échappement en fin de détente au moyen d'un déphaseur angulaire d'arbre à cames.  The percentage of recycled gas can be adjusted by the phase difference between the opening of the intake ports and that of the exhaust ports at the end of expansion by means of a camshaft angular phase shifter.

Dans un cycle à 2 temps la séquence de transvasement est la suivante: Les gaz brûlés refroidis recyclés doivent précéder l'air frais pour balayer les gaz brûlés destinés à la turbine.La séquence de transvasement comporte alors les phases successives suivantes: É Transfert de la fraction à recycler des gaz brûlés vers le réfrigérant de gaz via les orifices d'admission.  In a two-cycle cycle, the transfer sequence is as follows: The recycled cooled flue gases must precede the fresh air to scan the flue gases intended for the turbine. The transfer sequence then comprises the following successive phases: fraction to recycle burnt gases to the gas refrigerant via the inlet ports.

É Retour dans le cylindre, via les orifices d'admission, des gaz précédents refroidis par le réfrigérant pour balayer une partie des gaz chauds vers la turbine via les orifices d'échappement.  Return to the cylinder, through the intake ports, of the preceding gases cooled by the refrigerant to sweep a portion of the hot gases to the turbine via the exhaust ports.

É Introduction stratifiée de la charge fraîche via le réfrigérant et les orifices d'admission pour terminer le balayage des gaz chauds vers la turbine via les orifices d'échappement.  É Stratified introduction of the fresh charge via the refrigerant and the intake ports to complete the hot gas flow to the turbine via the exhaust ports.

Pour accomplir cette séquence complexe dans la courte période allouée au balayage, (120 degrés vilebrequin environ pour un moteur à trois cylindres) l'invention prévoit d'utiliser l'énergie potentielle disponible dans les gaz brûlés en fin de détente qui est généralement perdue dans la bouffée d'échappement.  To accomplish this complex sequence in the short period allocated to scanning, (about 120 degrees crankshaft for a three-cylinder engine) the invention provides for utilizing the potential energy available in the end-of-expansion flue gases which is generally lost in the exhaust puff.

Pour ce faire la chambre de stratification comporte le réfrigérant et communique avec le collecteur d'alimentation en air via un clapet anti retour.  To do this, the lamination chamber comprises the refrigerant and communicates with the air supply manifold via a non-return valve.

Pour décrire les séquences de transvasement nous supposons que: la pression d'air de balayage délivré par le compresseur est 3 bars la pression des gaz à l'entrée turbine est 2,5 bars la pression des gaz brûlés en fin de détente est 10 bars En fin de détente, les orifices d'admission sont ouverts pour faire communiquer le cylindre rempli de gaz chauds à 10 bars et la chambre de stratification remplie d'air frais à 3 bars isolée du conduit d'arrivée d'air par son clapet anti retour.  To describe the transfer sequences we assume that: the purge air pressure delivered by the compressor is 3 bar the gas pressure at the turbine inlet is 2.5 bar the exhaust gas pressure at the end of expansion is 10 bar At the end of expansion, the inlet ports are open to communicate the cylinder filled with hot gases to 10 bar and the lamination chamber filled with fresh air at 3 bars isolated from the air intake duct by its anti-flap valve. return.

Les gaz à 10 bars qui se détendent et se refroidissent compriment cet air jusqu'à 5 bars environ pour occuper la cavité fermée de volume égal à la somme du cylindre et de la chambre de stratification.  The gases at 10 bars which relax and cool compress this air up to about 5 bars to occupy the closed cavity of volume equal to the sum of the cylinder and the lamination chamber.

Le volume du réfrigérant est fixé par ces conditions de pression et la température des gaz refroidis au moment de l'ouverture des orifices d'échappement.  The volume of the refrigerant is set by these pressure conditions and the temperature of the gases cooled at the time of opening of the exhaust ports.

Les orifices d'échappement sont ensuite ouverts pour faire communiquer le volume global à 5 bars avec la turbine à 2,5 bars.Les gaz refroidis à 5 bars balayent les gaz chauds présents dans le cylindre jusqu'à 3 bars où le clapet anti-retour s'ouvre pour laisser passer une nouvelle charge fraîche qui propulse dans le cylindre la charge fraîche stockée dans la cavitée pour terminer le balayage des gaz chauds jusqu'à 2,5 bars.  The exhaust ports are then opened to communicate the overall volume at 5 bars with the turbine at 2.5 bars. The gases cooled to 5 bars sweep the hot gases present in the cylinder up to 3 bars where the anti-tamper valve The return opens to allow a new fresh charge to pass through, which propels the fresh charge stored in the cavity into the cylinder to complete the hot gas sweep up to 2.5 bars.

Si le réfrigérant est du type tubulaire il est possible de profiter de la dépression consécutive à la mise en vitesse des gaz pour aspirer la charge fraîche via le clapet anti retour quand la turbocompression n'est pas amorcée.  If the refrigerant is of the tubular type it is possible to take advantage of the depression resulting from the setting of the speed of the gases to suck up the fresh charge via the nonreturn valve when the turbocompression is not primed.

Les écoulements sont très rapides compte tenu des fortes chutes de pression entre cavités.  The flows are very fast considering the strong pressure drops between cavities.

Le réfrigérant est parcouru de façon alternée par l'air frais et les gaz recyclés animés par les fortes turbulences associés aux écoulements rapides qui accélèrent les transferts thermiques.  The refrigerant is alternately traversed by fresh air and recycled gases driven by the strong turbulence associated with fast flows that accelerate heat transfer.

La vitesse tangentielle induite dans le cylindre pendant le balayage sera utilisée en phase fermée pour homogénéiser la charge carburée après l'injection et accélérer la diffusion pendant la combustion.  The tangential velocity induced in the cylinder during the sweep will be used in the closed phase to homogenize the carburized filler after the injection and accelerate the diffusion during combustion.

Pendant la phase fermée du cycle un va et vient acoustique peut être entretenu dans le réfrigérant pour accélérer le refroidissement de la charge fraîche en attente.  During the closed phase of the cycle an acoustic back and forth can be maintained in the refrigerant to accelerate the cooling of the fresh charge pending.

Génération du mélange entre les gaz recyclé et la vapeur du carburant.  Generation of the mixture between the recycled gases and the steam of the fuel.

Pour laisser le maximum de temps à la formation du mélange, le carburant sera distribué dans la charge de gaz brûlés le plus tôt possible, de préférence après la fermeture des orifices d'échappement.  To allow maximum time for the formation of the mixture, the fuel will be distributed in the burnt gas charge as soon as possible, preferably after the closing of the exhaust ports.

Pour les carburants liquides, la température d'ébullition détermine le moment et la méthode optimaux pour obtenir un mélange aussi homogène que possible en fin de compression.  For liquid fuels, the boiling temperature determines the optimum time and method for obtaining as homogeneous a mixture as possible at the end of compression.

Le pulvérisateur assurera une distribution du brouillard aussi homogène que possible dans la charge recyclée.  The sprayer will provide as homogeneous fog distribution as possible in the recycled feed.

La turbulence des gaz recyclés achèvera la répartition de la vapeur de carburant au cours de la course de compression et tout particulièrement pendant leur transfert centripète dans le bol de combustion dont le diamètre est, par exemple, de l'ordre de 50 à 60% de celui du cylindre et où les frottements internes sont très intenses.  The turbulence of the recycled gases will complete the distribution of the fuel vapor during the compression stroke and especially during their centripetal transfer into the combustion bowl whose diameter is, for example, of the order of 50 to 60% of that of the cylinder and where the internal friction is very intense.

On évitera les impacts de carburant liquide sur les parois de la chambre de travail.  The impacts of liquid fuel on the walls of the working chamber will be avoided.

L'essence,très volatile, ou les combustibles gazeux pourront être injectés dans les orifices d'admission simultanément à l'introduction des gaz recyclés dont la température dépasse toujours 450 K.  Gasoline, very volatile, or gaseous fuels can be injected into the intake ports simultaneously with the introduction of recycled gases whose temperature always exceeds 450 K.

Le gazole, plus difficile à vaporiser sera pulvérisé plus ou moins tard pendant la course de compression selon la température des gaz recyclés.  Gas oil, which is more difficult to spray, will be sprayed more or less later during the compression stroke depending on the temperature of the recycled gases.

Au delà de la température des gaz recyclés génératrice d'un autoallumage précoce de la charge carburée, l'injection interviendra immédiatement avant le transfert de l'air frais dans le bol de combustion et la qualité du mélange carburé reposera largement sur l'injecteur.  Beyond the temperature of the recycled gases generating an early autoignition of the fuel charge, the injection will take place immediately before the transfer of fresh air into the combustion bowl and the quality of the fuel mixture will rely largely on the injector.

Diffusion de la charge comburante dans la charge carburée au voisinage du point mort haut.  Diffusion of the oxidizing charge in the carburised charge near the top dead center.

La vitesse de combustion est fonction de l'intensité de la diffusion entre les produits qui pénètrent dans la zone réactionnelle, elle-même fonction du niveau de turbulence. Le mécanisme le plus efficace est de communiquer aux gaz recyclés et à l'air frais un moment cinétique de rotation autour de l'axe du cylindre qui génère une forte turbulence dans leur transfert centripète vers le bol de combustion.  The rate of combustion is a function of the intensity of the diffusion between the products that enter the reaction zone, itself a function of the level of turbulence. The most efficient mechanism is to communicate to the recycled gases and to the fresh air a kinetic moment of rotation around the axis of the cylinder which generates a strong turbulence in their centripetal transfer towards the combustion bowl.

Il est aussi très important d'évacuer rapidement les produits en cours de combustion en dehors de la zone réactionnelle. Ceci se fait naturellement quand cette dernière est localisée à la périphérie du bol de combustion. En effet les gaz brûlés chauds sont chassés vers l'axe du bol alors que les produits frais plus denses sont centrifugés vers la périphérie comme le montrent les figures 6 et 9.  It is also very important to quickly evacuate products during combustion outside the reaction zone. This occurs naturally when the latter is located at the periphery of the combustion bowl. Indeed the hot burnt gases are driven towards the axis of the bowl while the denser fresh products are centrifuged towards the periphery as shown in Figures 6 and 9.

Une configuration optimale est possible en stratification radiale avec un demi bol de combustion dans le piston et un demi bol de combustion dans la culasse. Le disque d'air frais pénétrant dans le plan équatorial de la zone réactionnelle développe deux zones de mélange avec la charge carburée situées dans les hémisphères supérieur et inférieur de la chambre de combustion.  An optimal configuration is possible in radial stratification with half a combustion bowl in the piston and a half bowl of combustion in the cylinder head. The fresh air disk penetrating the equatorial plane of the reaction zone develops two zones of mixing with the carburized charge located in the upper and lower hemispheres of the combustion chamber.

Les figures 10 et 11 montrent deux régimes aérodynamiques possibles selon les vitesses tangentielles respectives de l'air frais et des gaz brûlés et les géométries des chambres.  Figures 10 and 11 show two possible aerodynamic speeds according to the respective tangential velocities of fresh air and flue gases and the geometries of the chambers.

La géométrie préférée pour conserver la stratification dans le cylindre et l'énergie cinétique de la charge comporte une symétrie de révolution autour de l'axe du cylindre pour recevoir des écoulements rotatifs de révolution autour de cet axe.  The preferred geometry for maintaining the stratification in the cylinder and the kinetic energy of the load has a symmetry of revolution about the axis of the cylinder to receive rotational flows of revolution about this axis.

Dans un cycle à 4 temps, l'architecture classique d'une culasse plane à 4 soupapes associée à un bol de combustion situé au centre du piston permet d'approcher une aérodynamique interne à symétrie de révolution entre la fin du remplissage et la fin de l'évacuation du cylindre.  In a four-stroke cycle, the classic architecture of a flat four-valve cylinder head associated with a combustion bowl located in the center of the piston makes it possible to approach an internal aerodynamics with symmetry of revolution between the end of the filling and the end of the evacuation of the cylinder.

Les conduits d'admission doivent générer des jets tangentiels au cylindre très couchés sur le plan de la culasse afin de former une stratification axiale de la masse gazeuse en rotation.  The intake ducts must generate jets tangential to the cylinder very lying on the cylinder head plane in order to form an axial stratification of the gaseous mass in rotation.

A la fin du remplissage, les gaz recyclés sont concentrés contre le piston et l'air frais contre la culasse.  At the end of the filling, the recycled gases are concentrated against the piston and the fresh air against the cylinder head.

Dans un cycle à 2 temps une architecture à soupapes coaxiales au cylindre est la mieux adaptée au présent procédé.  In a two-stroke cycle a coaxial valve architecture to the cylinder is best suited to the present process.

Elle permet de localiser la chambre de combustion pour moitié dans le piston et pour moitié dans la culasse.  It allows to locate the combustion chamber for half in the piston and half in the cylinder head.

La chambre de travail est alimentée et vidée par une soupape d'admission et une soupape d'échappement concentriques au cylindre et situées dans la culasse; Les ouvertures et fermetures peuvent avantageusement être déphasées par rapport à l'arbre moteur pendant le fonctionnement afin de moduler la durée angulaire de balayage en fonction des paramètres de fonctionnement.Une fois fermée, la chambre de travail présente une symétrie de révolution autour de l'axe du cylindre.  The working chamber is fed and emptied by an intake valve and an exhaust valve concentric to the cylinder and located in the cylinder head; The openings and closures may advantageously be out of phase with the motor shaft during operation in order to modulate the scanning angular duration as a function of the operating parameters. Once closed, the working chamber has a symmetry of revolution around the cylinder axis.

L'orifice d'échappement étant situé au centre,la masse évacuée vers la turbine occupe la partie centrale et chaude du cylindre, alors que la masse recyclée occupe la zone pariétale refroidie du cylindre.  The exhaust port is located in the center, the mass discharged to the turbine occupies the central and hot part of the cylinder, while the recycled mass occupies the cooled parietal area of the cylinder.

Dans certains cas, il peut être avantageux de prévoir une proéminence circulaire au centre de la culasse ou du piston qui pénètre dans la chambre de combustion située dans le vis à vis pour accroître et contrôler la vitesse de chasse générée par le mouvement du piston pendant le transfert de la dernière charge.  In some cases, it may be advantageous to provide a circular prominence in the center of the cylinder head or the piston that enters the combustion chamber located in the opposite screw to increase and control the flushing speed generated by the movement of the piston during the transfer of the last charge.

Pour limiter la formation du mélange,l'air frais est introduit dans le cylindre après les gaz brûlés recyclés sous forme d'une nappe tangentielle au cylindre pour former un tore oxygéné en rotation contre la paroi du cylindre.  To limit the formation of the mixture, the fresh air is introduced into the cylinder after the burnt gases recycled in the form of a sheet tangential to the cylinder to form a torus oxygenated in rotation against the wall of the cylinder.

La partie centrale du cylindre fermée par le piston dont une cavité centrale constitue une demi chambre de combustion est occupée par des gaz brûlés sensiblement peu oxygénés.  The central portion of the cylinder closed by the piston, a central cavity of which constitutes a half-combustion chamber, is occupied by substantially oxygen-poor burnt gases.

Pendant la compression la charge inerte occupe la partie centrale du cylindre alors que la charge fraîche se maintient contre sa paroi.  During compression the inert load occupies the central part of the cylinder while the fresh load is held against its wall.

Dès que la compression a suffisamment chauffé les gaz brûlés, le carburant est pulvérisé dans ces derniers pour former un mélange de vapeur de carburant et de gaz brûlés qui s'homogénéise en pénétrant dans les demi bols de combustion.  Once the compression has sufficiently heated the flue gases, the fuel is sprayed therein to form a mixture of fuel vapor and flue gas which is homogenized by penetrating into the half burning bowls.

Vers la fin de la compression, les gaz brûlés carburés occupent tout le bol de combustion et l'air frais occupe l'espace annulaire limité par le cylindre, par la face du piston, par le ciel de culasse et par la surface extérieure de la proéminence de la culasse.  Towards the end of the compression, the carburized flue gases occupy the entire combustion bowl and the fresh air occupies the annular space limited by the cylinder, the piston face, the cylinder head sky and the outer surface of the cylinder. prominence of the breech.

A la fin de sa course de compression le piston transfère la charge oxygénée dans le bol plein de gaz carburé pour déclencher l'autoallumage par diffusion totale des deux charges.  At the end of its compression stroke the piston transfers the oxygenated charge into the bowl full of carburetted gas to trigger the auto-ignition by total diffusion of the two charges.

La combustion se poursuit pendant le transfert inverse des gaz brûlés du bol vers le cylindre au début de la course de détente en utilisant au passage l'oxygène restant dans le jeu entre la face annulaire du piston et le ciel de culasse.  The combustion continues during the reverse transfer of the burnt gases from the bowl to the cylinder at the beginning of the expansion stroke by using the passage oxygen remaining in the game between the annular face of the piston and the head of the sky.

Pour une mise en oeuvre de l'invention sur un moteur à circuit de recyclage commun à tous les cylindres on se réfère à la figure 12, où le dosage des gaz recyclés est assuré par des ajutages 2 identiques pour tous les cylindres.  For an implementation of the invention on a recirculating circuit motor common to all the cylinders, reference is made to FIG. 12, where the dosage of the recycled gases is ensured by identical nozzles 2 for all the cylinders.

Cette méthode ne permet cependant pas une stratification totale car, en fin de remplissage, la charge fraîche est introduite avec le débit de gaz de l'ajutage du cylindre concerné. Ceci correspond à une perte de l'ordre de 25% de la masse de gaz brûlés qui sera carburée.  This method, however, does not allow total stratification because, at the end of filling, the fresh charge is introduced with the gas flow of the nozzle of the cylinder concerned. This corresponds to a loss of about 25% of the burned gas mass that will be carburized.

Claims (1)

32 Revendications32 Claims 1. Procédé de combustion pour un moteur alternatif prévu pour fonctionner avec un taux élevé de gaz brûlés recyclés caractérisé par le fait que pendant la phase de compression: La masse gazeuse contenue dans le cylindre comporte Une zone G1 occupée essentiellement, pendant toute la compression par des gaz brûlés recyclés où la concentration d'oxygène résiduel est insuffisante pour permettre un autoallumage précoce.  1. A combustion method for an alternative engine designed to operate with a high rate of recycled flue gases, characterized in that during the compression phase: the gaseous mass contained in the cylinder comprises a substantially occupied zone G1 throughout the compression by recycled flue gases where the residual oxygen concentration is insufficient to allow early auto-ignition. Une zone G2 qui contient sensiblement la totalité de la charge d'air frais.  A G2 zone that contains substantially all of the fresh air charge. Le carburant est introduit dans la zone Gl pour créer un mélange de gaz brûlés et de vapeur de carburant Z aussi homogène que possible en fin de compression.  The fuel is introduced into the zone G1 to create a mixture of burnt gases and fuel vapor Z that is as homogeneous as possible at the end of compression. La charge comburante G2 et la charge carburée Z sont chauffées séparément par la compression au dessus du seuil d'auto allumage.  The oxidizing charge G2 and the fuel charge Z are heated separately by the compression above the threshold of auto ignition. La zone Z et la zone G2 sont mélangées par diffusion au voisinage du point mort haut du piston pour entretenir une flamme de diffusion avec les produits mis en contact.  The Z zone and the G2 zone are diffusion mixed in the vicinity of the top dead center of the piston to maintain a diffusion flame with the products in contact. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le carburant est introduit sous forme d'un brouillard propulsé par un injecteur à haute pression vers la zone G1 quand celle ci a atteint une température suffisante pour vaporiser les gouttelettes liquides.  2. Method according to claim 1 characterized in that the fuel is introduced in the form of a mist propelled by a high-pressure injector to the G1 area when it has reached a temperature sufficient to vaporize the liquid droplets. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'un carburant volatil est injecté dans les orifices d'admission pendant et au rythme de l'introduction des gaz brûlés recyclés.  3. Method according to claim 1 characterized in that a volatile fuel is injected into the intake ports during and at the rate of the introduction of recycled flue gases. 4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les gaz recyclés Zi de la zone Gl contiennent la majorité des imbrûlés du cycle précédent.  4. Method according to claim 1 characterized in that the recycled gases Zi of the G1 zone contain the majority of unburnt from the previous cycle. 5. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les gaz recyclés Z1 de la zone G1 contiennent les gaz ayant subi un refroidissement au contact des parois de la chambre de travail pendant le cycle précédent.  5. Process according to claim 1, characterized in that the recycled gases Z1 of the zone G1 contain the gases which have been cooled in contact with the walls of the working chamber during the preceding cycle. 6. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la chambre de travail possède une symétrie de révolution autour de l'axe du cylindre et que la chambre de combustion est une cavité coaxiale au cylindre située dans le piston et/ou la culasse, dont le diamètre est inférieur à celui du cylindre (50 à 60%).  6. Method according to claim 1 characterized in that the working chamber has a symmetry of revolution about the axis of the cylinder and the combustion chamber is a coaxial cavity to the cylinder located in the piston and / or the cylinder head, whose diameter is less than that of the cylinder (50 to 60%). 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé par le fait que la zone G1 est animée d'un mouvement de rotation rapide autour de l'axe du cylindre et que, en fin de compression, elle est intégralement transférée dans la chambre de combustion alors que la charge d'air frais G2 se trouve encore dans l'espace annulaire entre le piston et la culasse.  7. A method according to claim 6 characterized in that the zone G1 is driven by a rapid rotational movement about the axis of the cylinder and that, at the end of compression, it is fully transferred into the combustion chamber while the charge of fresh air G2 is still in the annular space between the piston and the cylinder head. 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé par le fait que la zone G1 est localisée contre le piston et que le bol de combustion est une cavité aménagée dans le piston.  8. The method of claim 7 characterized in that the G1 area is located against the piston and the combustion bowl is a cavity in the piston. 9. Procédé selon la revendication 8 caractérisé par le fait que la culasse comporte une protubérance qui pénètre dans la chambre de combustion au point mort haut du piston de façon à laisser un jeu annulaire variable en fonction de la position du piston pour maintenir une vitesse de transfert sensiblement indépendante de la position du piston.  9. A method according to claim 8 characterized in that the cylinder head comprises a protrusion which enters the combustion chamber at the top dead center of the piston so as to leave a variable annular clearance depending on the position of the piston to maintain a speed of transfer substantially independent of the position of the piston. 10. Procédé selon la revendication 7 caractérisé parle fait que la charge d'air frais est concentrée contre le cylindre, que la charge de gaz brûlés occupe la zone centrale du cylindre et que le bol de combustion est situé pour moitié dans le piston et pour moitié dans la culasse.  10. The method of claim 7 characterized in that the charge of fresh air is concentrated against the cylinder, the burned gas load occupies the central zone of the cylinder and the combustion bowl is located half in the piston and for half in the breech. 11. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'allumage se produit à la périphérie de la chambre de combustion quand l'air frais commence à oxygéner la charge carburée.  11. The method of claim 1 characterized in that the ignition occurs at the periphery of the combustion chamber when the fresh air begins to oxygenate the carburetted charge. 12. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'allumage se produit au sein de la charge carburée quand elle atteint la température d'autoallumage et que la charge d'air frais commence à pénétrer dans la chambre de combustion.  12. The method of claim 1 characterized in that the ignition occurs within the carburetted charge when it reaches the auto-ignition temperature and that the charge of fresh air begins to enter the combustion chamber. 13. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les gaz recyclés sont chauds et que l'allumage se produit immédiatement après l'injection de carburant dans ces derniers un peu avant le point mort haut.  13. The method of claim 1 characterized in that the recycled gases are hot and the ignition occurs immediately after the injection of fuel therein a little before the top dead center. 14. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la stratification de la charge gazeuse est obtenue en introduisant successivement les zones Gl et G2 dans le cylindre via les mêmes orifices et de préférence,la zone G1 la première.  14. The method of claim 1 characterized in that the stratification of the gaseous charge is obtained by successively introducing the G1 and G2 areas in the cylinder via the same orifices and preferably the G1 area first. 15. Procédé selon la revendication 14 caractérisé par le fait que la séparation des zones G1 et G2 est préparée dans une chambre de stratification oblongue extérieure au cylindre débouchant d'un coté dans le collecteur d'alimentation en air et de l'autre dans le conduit d'admission de la culasse.  15. The method of claim 14 characterized in that the separation of the G1 and G2 areas is prepared in an oblong lamination chamber outside the cylinder opening on one side in the air supply manifold and the other in the intake duct of the cylinder head. 16.Procédé selon la revendication 15 adapté au cycle à 4 temps, caractérisé par le fait que la chambre de stratification est alimentée en gaz brûlés par un conduit d'échappement du même cylindre, distinct du conduit d'alimentation de la turbine, via un réfrigérant et le conduit d'admission.  16.Procédé according to claim 15 adapted to the 4-cycle cycle, characterized in that the lamination chamber is supplied with burnt gas by an exhaust duct of the same cylinder, separate from the supply duct of the turbine, via a refrigerant and the intake duct. 17. Procédé selon la revendication 15, adapté au cycle à 2 temps, caractérisé par le fait - qu'il comprend un réfrigérant des gaz situé dans la chambre de stratification du coté de la culasse, - qu'un clapet anti retour situé entre la chambre de stratification et le collecteur d'air interdit tout écoulement de la chambre vers le collecteur, - que les orifices d'admission sont ouverts avant les orifices d échappement pour détendre les gaz dans la chambre de stratification via le réfrigérant remplie d'air, et - que les orifices d'échappement sont ouverts ensuite pour permettre à la charge stratifiée comprimée de balayer le cylindre via les orifices d'admission et de se réalimenter en air frais via le clapet anti retour.  17. The method of claim 15, adapted to the two-stroke cycle, characterized in that it comprises a gas cooler located in the lamination chamber on the side of the cylinder head, a check valve located between the laminating chamber and the air collector prevent any flow from the chamber to the manifold, - that the inlet ports are open before the exhaust ports to relax the gases in the lamination chamber via the refrigerant filled with air, and - the exhaust ports are then opened to allow the compressed stratified charge to sweep the cylinder through the inlet ports and to re-supply fresh air via the check valve.
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