FR3065489A1 - INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH DIVIDED CYCLE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un moteur (1) à combustion interne dont le cycle de fonctionnement comprend les phases successives d'admission, de compression, de détente et d'échappement de gaz comportant : -un premier cylindre (2) destiné au déroulement des phases d'admission et de compression, -un second cylindre (3) destiné au déroulement des phases de détente et d'échappement, -un canal (11) de transfert du gaz du premier cylindre (2) vers le second cylindre (3), -un orifice (8) de passage du gaz entre le canal (11) de transfert et le second cylindre (3), -des moyens (9) d'ouverture/fermeture de cet orifice (8), caractérisé en ce que les moyens d'ouverture/fermeture (9) comprennent un premier obturateur mobile qui, pour ouvrir l'orifice (8), se lève dans le canal (11) et un second obturateur mobile qui, pour ouvrir l'orifice (8), se lève dans le second cylindre (3).The invention relates to an internal combustion engine (1) whose operating cycle comprises the successive phases of admission, compression, expansion and exhaust gas comprising: a first cylinder (2) intended for the unwinding of the phases; intake and compression, -a second cylinder (3) for the unwinding of the expansion and exhaust phases, -a channel (11) for transferring the gas from the first cylinder (2) to the second cylinder (3), an orifice (8) for passage of gas between the transfer channel (11) and the second cylinder (3); means (9) for opening / closing this orifice (8), characterized in that the means opening / closing means (9) comprise a first movable shutter which, to open the orifice (8), rises in the channel (11) and a second movable shutter which, to open the orifice (8), rises in the second cylinder (3).
Description
Titulaire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.Holder (s): PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
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Mandataire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.Agent (s): PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Public limited company.
Υ’Τ MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A CYCLE DIVISE.Υ’Τ INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH DIVIDED CYCLE.
FR 3 065 489 - A1 (£// L'invention concerne un moteur (1) à combustion interne dont le cycle de fonctionnement comprend les phases successives d'admission, de compression, de détente et d'échappement de gaz comportant:FR 3 065 489 - A1 (£ // The invention relates to an internal combustion engine (1), the operating cycle of which comprises the successive gas intake, compression, expansion and exhaust phases comprising:
-un premier cylindre (2) destiné au déroulement des phases d'admission et de compression,a first cylinder (2) intended for the course of the intake and compression phases,
-un second cylindre (3) destiné au déroulement des phases de détente et d'échappement, -un canal (11) de transfert du gaz du premier cylindre (2) vers le second cylindre (3),a second cylinder (3) intended for the unwinding of the expansion and exhaust phases, a channel (11) for transferring gas from the first cylinder (2) to the second cylinder (3),
-un orifice (8) de passage du gaz entre le canal (11) de transfert et le second cylindre (3), -des moyens (9) d'ouverture/fermeture de cet orifice (8), caractérisé en ce que les moyens d'ouverture/fermeture (9) comprennent un premier obturateur mobile qui, pour ouvrir l'orifice (8), se lève dans le canal (11) et un second obturateur mobile qui, pour ouvrir l'orifice (8), se lève dans le second cylindre (3).-an orifice (8) for the passage of gas between the transfer channel (11) and the second cylinder (3), -means (9) for opening / closing this orifice (8), characterized in that the means opening / closing (9) comprise a first movable shutter which, to open the orifice (8), rises in the channel (11) and a second movable shutter which, to open the orifice (8), rises in the second cylinder (3).
MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A CYCLE DIVISEDIVIDED CYCLE INTERNAL COMBUSTION ENGINE
La présente invention se rapporte au domaine des moteurs à combustion interne. L’invention concerne plus particulièrement les moteurs à combustion interne à cycle divisé.The present invention relates to the field of internal combustion engines. The invention relates more particularly to internal combustion engines with a divided cycle.
On connaît par exemple du document EP2619427 le concept de moteur à cycle divisé encore désigné par moteur dit « split cycle >> en terminologie anglaise. Ce concept de moteur à cycle divisé consiste à séparer dans deux cylindres distincts les quatre temps d’un cycle Beau de Rochas habituellement concentrés dans un seul cylindre du moteur. Dans un moteur conventionnel, les quatre phases du cycle (Admission / Compression / Détente / Echappement) se suivent sur le plan temporel, et sont concentrés dans le même cylindre.For example, from document EP2619427, the concept of a divided cycle engine is also known by the term "split cycle" engine in English terminology. This concept of a divided cycle engine consists in separating the four strokes of a Beau de Rochas cycle into two cylinders, usually concentrated in a single engine cylinder. In a conventional engine, the four phases of the cycle (Admission / Compression / Relaxation / Exhaust) follow each other on the temporal plane, and are concentrated in the same cylinder.
Pour le moteur à cycle divisé, les phases Admission / Compression et Détente / Echappement se situent dans deux cylindres différents avec une phase de transfert entre les deux cylindres par un conduit de transfert reliant ces deux cylindres. Les phases du cycle moteur peuvent alors être exécutées simultanément avec un phasage adéquat. Ces deux cylindres réalisent deux cycles en deux tours moteur, soit autant qu’un bicylindre quatre temps de même cylindrée ou comme un moteur deux temps.For the split-cycle engine, the intake / compression and expansion / exhaust phases are located in two different cylinders with a transfer phase between the two cylinders by a transfer duct connecting these two cylinders. The phases of the motor cycle can then be executed simultaneously with an adequate phasing. These two cylinders perform two cycles in two engine revolutions, either as much as a four-stroke twin cylinder of the same displacement or as a two-stroke engine.
On peut alors optimiser chacun des cylindres en fonction de leur utilisation (admission / compression pour le premier cylindre, détente / échappement pour le second cylindre). En fin de compression, la charge est transférée du piston compresseur vers le piston détendeur.We can then optimize each of the cylinders according to their use (intake / compression for the first cylinder, expansion / exhaust for the second cylinder). At the end of compression, the load is transferred from the compressor piston to the expansion piston.
Dans ce moteur, la soupape d’admission du cylindre de détente est soumise à une pression du fait que l’air est comprimé dans le conduit de transfert. Cette pression tend à ouvrir la soupape, et cela nécessite des soupapes avec des ressorts de rappels à très forte raideur pour lutter contre cette pression et des puissances très fortes pour les ouvrir.In this engine, the intake valve of the expansion cylinder is subjected to pressure because the air is compressed in the transfer duct. This pressure tends to open the valve, and this requires valves with return springs of very high stiffness to combat this pressure and very high powers to open them.
Par conséquent, le problème à la base de l’invention est de s’affranchir de ressorts de rappel à très forte raideur afin d’avoir un contrôle de la soupape d’admission du cylindre de détente plus économique en énergie consommée pour ouvrir cette soupape.Consequently, the problem underlying the invention is to get rid of very stiff return springs in order to have a control of the intake valve of the expansion cylinder more economical in energy consumed to open this valve. .
Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un moteur à combustion interne dont le cycle de fonctionnement comprend les phases successives d’admission, de compression, de détente et d’échappement de gaz comportant :To achieve this objective, an internal combustion engine is provided according to the invention, the operating cycle of which comprises the successive gas intake, compression, expansion and exhaust phases comprising:
-un premier cylindre destiné au déroulement des phases d’admission et de compression, -un second cylindre destiné au déroulement des phases de détente et d’échappement,-a first cylinder intended for the unfolding of the intake and compression phases, -a second cylinder intended for the unfolding of the expansion and exhaust phases,
-un canal de transfert du gaz du premier cylindre vers le second cylindre,a gas transfer channel from the first cylinder to the second cylinder,
-un orifice de passage du gaz entre le canal de transfert et le second cylindre,a gas passage orifice between the transfer channel and the second cylinder,
-des moyens d’ouverture/fermeture de cet orifice, caractérisé en ce que les moyens d’ouverture/fermeture comprennent un premier obturateur mobile qui, pour ouvrir l’orifice, se lève dans le canal et un second obturateur mobile qui, pour ouvrir l’orifice, se lève dans le second cylindre.-means for opening / closing this orifice, characterized in that the opening / closing means comprise a first movable shutter which, to open the orifice, rises in the channel and a second movable shutter which, to open the orifice rises in the second cylinder.
L’effet technique est d’avoir un premier obturateur mobile qui protège le second de la pression régnant dans le canal de transfert, ce qui permet au second obturateur mobile de mieux assurer sa fonction d’étanchéité.The technical effect is to have a first mobile shutter which protects the second from the pressure prevailing in the transfer channel, which allows the second mobile shutter to better ensure its sealing function.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons :Various additional characteristics can be provided, alone or in combination:
Dans une réalisation, les deux obturateurs mobiles sont chacun une soupape à tige, les tiges étant disposées concentriquement l’une dans l’autre et pouvant coulisser l’une par rapport à l’autre.In one embodiment, the two movable shutters are each a rod valve, the rods being arranged concentrically one in the other and being able to slide relative to one another.
Dans une réalisation, le moteur comprend des premiers moyens d’actionnement du premier obturateur mobile et des seconds moyens d’actionnement du second obturateur mobile, ces moyens d’actionnement étant mécaniques ou hydrauliques ou électromagnétiques.In one embodiment, the motor comprises first means for actuating the first movable shutter and second means for actuating the second movable shutter, these actuation means being mechanical or hydraulic or electromagnetic.
Dans une réalisation, les premiers et seconds moyens d’actionnement sont agencés pour ouvrir l’orifice en même temps.In one embodiment, the first and second actuation means are arranged to open the orifice at the same time.
Dans une réalisation, les seconds moyens d’actionnement du second obturateur mobile, comprennent un arbre à cames.In one embodiment, the second actuation means of the second movable shutter comprise a camshaft.
Dans une réalisation, les premiers moyens d’actionnement comprennent un actionneur électromagnétique.In one embodiment, the first actuation means comprise an electromagnetic actuator.
L’invention a également pour objet un véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comprend un moteur selon l’une quelconque des variantes précédemment décrites pour son déplacement.The invention also relates to a motor vehicle, characterized in that it comprises an engine according to any of the variants described above for its movement.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :Other particularities and advantages will appear on reading the description below of a particular embodiment, without limitation of the invention, made with reference to the figures in which:
- La figure 1 est une représentation schématique d’un moteur à cycle divisé de l’invention.- Figure 1 is a schematic representation of a divided cycle engine of the invention.
- La figure 2 est une représentation schématique du système de soupape d’admission du cylindre de détente de l’invention.- Figure 2 is a schematic representation of the inlet valve system of the expansion cylinder of the invention.
La figure 1 présente un moteur à combustion interne 1 à cycle divisé. Le moteur en fonctionnement déroule un cycle comprenant quatre temps : une phase d’admission d’air, une phase de compression d’air, une phase de détente des gaz brûlés et une phase d’échappement des gaz brûlés, successivement dans cet ordre. Un tel moteur peut équiper un véhicule automobile pour son déplacement.Figure 1 shows an internal combustion engine 1 with split cycle. The engine in operation goes through a cycle comprising four times: an air intake phase, an air compression phase, a burnt gas expansion phase and a burnt gas exhaust phase, successively in this order. Such an engine can equip a motor vehicle for its movement.
Le moteur 1 comprend un premier cylindre 2 et un second cylindre 3 adjacents. On pourra trouver des architectures de moteur avec d’autres positionnement des cylindres, par exemple des architectures en moteur à plat à 180°. Dans le premier cylindre 2 encore désigné cylindre de compression et dans lequel coulisse un premier piston 4, se déroulent la phase d’admission et de compression de l’air. Dans le second cylindre 3 encore désigné cylindre de détente, et dans lequel coulisse un second piston 5, se déroulent la phase de détente et la phase d’échappement des gaz brûlés. Les pistons 4, 5 sont classiquement reliés à un vilebrequin (non représenté).The engine 1 comprises a first cylinder 2 and a second cylinder 3 adjacent. Engine architectures can be found with other positioning of the cylinders, for example 180 ° flat engine architectures. In the first cylinder 2, also known as the compression cylinder and in which a first piston 4 slides, the air intake and compression phase takes place. In the second cylinder 3, also designated expansion cylinder, and in which a second piston 5 slides, the expansion phase and the exhaust gas exhaust phase take place. The pistons 4, 5 are conventionally connected to a crankshaft (not shown).
Ainsi dans le premier cylindre 2 ne se déroule pas la phase de détente et la phase d’échappement des gaz brûlés et dans le second cylindre 3 ne se déroule pas la phase d’admission et de compression de l’air.Thus in the first cylinder 2 does not take place the expansion phase and the exhaust phase of the burnt gases and in the second cylinder 3 does not take place the intake and compression phase of the air.
Le premier cylindre 2 comprend une soupape 6 d’admission d’air et une soupape 7 d’échappement d’air. Un conduit 8 amène l’air dans le premier cylindre 2 par la soupape d’admission 6The first cylinder 2 comprises an air intake valve 6 and an air exhaust valve 7. A duct 8 brings air into the first cylinder 2 through the intake valve 6
Le second cylindre 3 comprend un orifice 8 d’entrée des gaz et des moyens 9 d’ouverture/fermeture de cet orifice 8 qui seront détaillés plus loin. Les moyens 9 d’ouverture/fermeture forment les moyens d’admission de gaz du second cylindre 3. Le second cylindre 3 comprend encore une soupape 10 d’échappement des gaz brûlés.The second cylinder 3 includes an orifice 8 for gas inlet and means 9 for opening / closing this orifice 8 which will be detailed below. The opening / closing means 9 form the gas intake means of the second cylinder 3. The second cylinder 3 also comprises a valve 10 for exhausting the burnt gases.
Le moteur 1 comprend encore un canal 11 de transfert de gaz du premier cylindre 2 vers le second cylindre 3. Ce canal de transfert relie l’échappement du premier cylindre 2 à l’admission du second cylindre 3.The engine 1 also includes a gas transfer channel 11 from the first cylinder 2 to the second cylinder 3. This transfer channel connects the exhaust of the first cylinder 2 to the intake of the second cylinder 3.
Le moteur 1 peut encore comprendre des moyens d’injection 12 de carburant, ici disposé dans le canal 11 de transfert et des moyens d’allumage 13 du mélange carburé dans le second cylindre 3. On peut, en variante, prévoir d’implanter les moyens d’injection 12 de carburant directement dans le second cylindre 3.The engine 1 may also comprise means 12 for injecting fuel, here arranged in the transfer channel 11 and means 13 for igniting the fuel mixture in the second cylinder 3. It may, as a variant, be provided for installing the fuel injection means 12 directly into the second cylinder 3.
Pendant la phase d’admission, l’air entre dans le premier cylindre 2 par sa soupape d’admission 6. Durant la phase de compression le premier piston 4 comprime l’air. Cet air comprimé est ensuite transféré via le canal 11 vers le second cylindre 3 qui fait ainsi office de conduit d’admission vers le second cylindre 3. La sortie de l’air comprimé dans le canal est contrôlée par la soupape 7 d’échappement du premier cylindre 2 tandis que rentrée de l’air et ici du carburant fourni par les moyens d’injection 12 est contrôlée par les moyens 9 d’ouverture/fermeture.During the intake phase, air enters the first cylinder 2 through its intake valve 6. During the compression phase the first piston 4 compresses the air. This compressed air is then transferred via the channel 11 to the second cylinder 3 which thus acts as an intake duct to the second cylinder 3. The outlet of the compressed air in the channel is controlled by the exhaust valve 7 of the first cylinder 2 while the return of air and here the fuel supplied by the injection means 12 is controlled by the means 9 for opening / closing.
Le mélange air / carburant est ensuite allumé et la phase de détente démarre. Pendant la phase d’échappement les gaz brûlés sortent par la soupape d’échappement 10 du second cylindre 3.The air / fuel mixture is then ignited and the expansion phase starts. During the exhaust phase, the burnt gases exit through the exhaust valve 10 of the second cylinder 3.
La figure 2 présente plus en détail les moyens 9 d’ouverture/fermeture de l’orifice 8 d’admission des gaz dans le second cylindre 3.FIG. 2 shows in more detail the means 9 for opening / closing the orifice 8 for admitting the gases into the second cylinder 3.
Les moyens 9 d’ouverture/fermeture comprennent un premier obturateur mobile, ici une première soupape à tige 14. Cette première soupape à tige 14 est disposée de sorte que pour ouvrir l’orifice 8 elle se lève et s’ouvre vers le canal 11 de transfert (sur la figure 2, le haut de cette figure). Cette première soupape 14 repose en position fermée sur un premier siège 15 de soupape orienté du côté du canal 11 de transfert. Lorsqu’il y a une forte pression dans le canal 11 de transfert du moteur 1, la première soupape 14 se plaque naturellement sous l’effet de la pression régnant dans le canal 11 sur son siègeThe opening / closing means 9 comprise a first movable shutter, here a first stem valve 14. This first stem valve 14 is arranged so that to open the orifice 8 it rises and opens towards the channel 11 transfer (in Figure 2, the top of this figure). This first valve 14 rests in the closed position on a first valve seat 15 oriented on the side of the transfer channel 11. When there is a high pressure in the transfer channel 11 of the motor 1, the first valve 14 is naturally pressed under the effect of the pressure prevailing in the channel 11 on its seat
15. Un ressort de rappel à faible raideur, peut être prévu pour éviter une ouverture due à des puises de pressions dans le canal 11.15. A return spring with low stiffness can be provided to avoid an opening due to pressure wells in the channel 11.
Les moyens 9 d’ouverture/fermeture comprennent encore un second obturateur mobile, ici une seconde soupape à tige 16. Cette seconde soupape à tige 16 est disposée de sorte que pour ouvrir l’orifice 8 elle se lève et s’ouvre vers le second cylindre 3 (sur la figure 2, le bas de cette figure). Cette seconde soupape 16 repose en position fermée sur un second siège 17 de soupape orienté du côté du second cylindre 3. Lorsqu’il y a combustion, la seconde soupape se plaque naturellement contre son siège 17 sous l’effet de la pression régnant dans le cylindre de détente 3 évitant de s’ouvrir vers le canal 11 de transfert. Un ressort de rappel à faible tarage, peut être prévu pour la maintenir fermée dans le cas de pulsations de pressions.The opening / closing means 9 also comprise a second movable shutter, here a second stem valve 16. This second stem valve 16 is arranged so that to open the orifice 8 it rises and opens towards the second cylinder 3 (in figure 2, the bottom of this figure). This second valve 16 rests in the closed position on a second valve seat 17 oriented on the side of the second cylinder 3. When there is combustion, the second valve is naturally pressed against its seat 17 under the effect of the pressure prevailing in the expansion cylinder 3 avoiding opening towards the transfer channel 11. A return spring with low setting can be provided to keep it closed in the event of pressure pulsations.
L’ouverture des deux soupapes 14, 16 en même temps laisse passer la charge d’air fraîche dans le cylindre de détente 3.The opening of the two valves 14, 16 at the same time allows the charge of fresh air to pass through the expansion cylinder 3.
Comme le montre la figure 2, la première et la seconde soupape 14, 16 sont disposées concentriquement l’une dans l’autre, c’est-à-dire que la tige de la seconde soupape 16 passe à travers la tige de la première soupape 14. La tige de la première soupape 14 est donc tubulaire. Les tiges sont montées coulissantes l’une par rapport à l’autre.As shown in FIG. 2, the first and the second valve 14, 16 are arranged concentrically one inside the other, that is to say that the stem of the second valve 16 passes through the stem of the first valve 14. The stem of the first valve 14 is therefore tubular. The rods are slidably mounted relative to each other.
L’actionnement de la première soupape 14 peut être réalisé par des moyens d’actionnement mécanique, hydrauliques ou électromagnétiques. Pour des raisons de fiabilité et de maîtrise technologue, l’actionnement de la seconde soupape 16 est réalisé mécaniquement par un arbre à came 18 avec poussoir ou linguet ou autre.The actuation of the first valve 14 can be achieved by mechanical, hydraulic or electromagnetic actuation means. For reasons of reliability and technological mastery, the actuation of the second valve 16 is carried out mechanically by a camshaft 18 with pusher or latch or the like.
L’actionnement de la première soupape 14 peut également être réalisé par des moyens d’actionnement mécanique, hydrauliques ou électromagnétiques 19.The actuation of the first valve 14 can also be carried out by mechanical, hydraulic or electromagnetic actuation means 19.
L’invention permet de contrôler l’écoulement comprimé par le cylindre de compression avec la première soupape et d’éviter que la seconde soupape s’ouvre intempestivement, et d’assurer l’étanchéité de la chambre de combustion lors de la combustion avec la seconde soupape.The invention makes it possible to control the flow compressed by the compression cylinder with the first valve and to prevent the second valve from opening unexpectedly, and to ensure the sealing of the combustion chamber during combustion with the second valve.
L’invention permet d’augmenter la pression dans le cylindre de compression et donc dans le canal de transfert qui alimente le cylindre de détente, ce qui a un effet positif sur le rendement et la densité de puissance et permet de monter la pression lors de la combustion sans aucun risque d’ouverture des soupapes et des risques de fuites.The invention makes it possible to increase the pressure in the compression cylinder and therefore in the transfer channel which supplies the expansion cylinder, which has a positive effect on the efficiency and the power density and makes it possible to increase the pressure during combustion without any risk of opening the valves and risk of leaks.
L’invention est simple et robuste, sans besoin de complexifier l’architecture avec par 5 exemple des systèmes rotatifs ou à forte raideur de ressort. Le système proposé permet d’assurer une plage de fonctionnement large du moteur (régime / couple) tout en adaptant la pression et la combustion à chaque point de fonctionnement.The invention is simple and robust, without the need to complexify the architecture with, for example, rotary systems or systems with high spring stiffness. The proposed system ensures a wide operating range of the engine (speed / torque) while adapting the pressure and combustion at each operating point.
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2017
- 2017-04-21 FR FR1753476A patent/FR3065489A1/en active Pending
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Legal Events
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