FR3077842A1 - 2-STROKE LUBRIFIC ENGINE COUPLED TO A STIRLING ENGINE BY HYDROPNEUMATIC COUPLING - Google Patents
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Abstract
Pour répondre aux problèmes environnementaux que pose l'utilisation des moteurs deux temps à combustion interne, nous proposons un moteur deux temps lubrifié fonctionnant à carter fermé, disposant d'une soupape tournante permettant d'éviter la perte d'huile par l'échappement ou l'admission et un moteur Stirling permettant à la fois d'absorber l'accumulation de l'huile et des gaz derrière le piston moteur lors de la descente du piston et d'améliorer les performances du moteur.To address the environmental challenges of using two-stroke internal combustion engines, we offer a closed-cycle lubricated two-stroke engine with a rotating valve to prevent loss of oil from the exhaust or the intake and a Stirling engine allowing both the accumulation of oil and gas behind the engine piston to be absorbed as the piston descends and improve engine performance.
Description
Le moteur 2 temps à combustion interne présente un cycle de deux mouvements linéaires du piston au lieu de quatre pour le moteur 4 temps, et cela tout en permettant les quatre opérations : admission, compression, combustion/détente et échappementThe 2-stroke internal combustion engine has a cycle of two linear movements of the piston instead of four for the 4-stroke engine, and this while allowing the four operations: intake, compression, combustion / expansion and exhaust
Le moteur 2 temps offre ainsi une puissance spécifique voisine de 1,7 fois celle d'un moteur quatre temps de même cylindrée, grâce à un cycle moteur par tour contre un tous les deux tours pour le moteur à quatre temps.The 2-stroke engine thus offers a specific power close to 1.7 times that of a four-stroke engine of the same displacement, thanks to an engine cycle per revolution against one every two revolutions for the four-stroke engine.
Le cycle se décompose ainsi:The cycle breaks down as follows:
1) Compression, combustion, détente puis échappement avec transfert du 15 mélange combustible;1) Compression, combustion, expansion then exhaust with transfer of the fuel mixture;
2) Admission, aspiration puis compression du mélange dans la partie basse du moteur.2) Intake, suction and compression of the mixture in the lower part of the engine.
Les différentes étapes sont les suivantes :The different steps are as follows:
) détente (partie motrice du cycle) : lorsque le piston est en position 20 haute, la bougie déclenche la combustion et l'explosion du mélange chassant le piston qui descend en comprimant le mélange présent sous lui dans le carter.) expansion (driving part of the cycle): when the piston is in the high position, the spark plug triggers the combustion and the explosion of the mixture driving out the piston which descends by compressing the mixture present under it in the crankcase.
Le reste du cycle est mu par l'inertie du piston.The rest of the cycle is driven by the inertia of the piston.
admission - échappement : Lors de la descente du piston, arrivé à 25 proximité de la position basse, les lumières d'échappement et d'arrivée de mélange dans le cylindre sont libérées. Le mélange pénètre dans le cylindre en chassant les gaz de la combustion ;intake - exhaust: When the piston descends, having come close to the low position, the exhaust and mixture inlet lights in the cylinder are released. The mixture enters the cylinder, expelling the combustion gases;
2) compression : en remontant, le piston comprime le mélange dans le 30 cylindre. Au passage, il obstrue la sortie d’échappement et l'entrée de mélange dans le cylindre, tout en créant une dépression dans le carter qui va permettre l'arrivée du mélange air-essence par le conduit d'arrivée du mélange, libéré par le piston en position haute.2) compression: on rising, the piston compresses the mixture in the cylinder. By the way, it obstructs the exhaust outlet and the mixture inlet in the cylinder, while creating a depression in the casing which will allow the arrival of the air-fuel mixture through the mixture inlet duct, released by the piston in the high position.
Propriétés :Properties:
• Moteurs simples sans distribution, pas d'arbre à cames généralement ne disposant pas de soupapes ; sauf pour certains moteurs Diesel industriels, légers, avec peu de pièces en mouvement.• Simple engines without timing, no camshaft generally without valves; except for certain industrial diesel engines, light, with few moving parts.
• Puissance spécifique voisine de 1,7 fois celle d'un moteur quatre temps · Lubrification par mélange (huile dans l'essence) ou par injection d'huile (graissage séparé), d'où émission de fumée (à remarquer que les dernières normes relatives aux huiles deux temps imposent des émissions de fumée extrêmement faibles).• Specific power close to 1.7 times that of a four-stroke engine · Lubrication by mixing (oil in petrol) or by oil injection (separate lubrication), hence smoke emission (note that the last two-stroke oil standards impose extremely low smoke emissions).
De part ces propriétés, les moteurs 2 temps restent polluants car l'huile mélangée au carburant est brûlée en même temps que le carburant.Due to these properties, 2-stroke engines remain polluting because the oil mixed with the fuel is burned at the same time as the fuel.
De plus, selon le réglage du moteur, soit des gaz de combustion restent dans le cylindre à la fin de la détente diminuant le rendement du moteur, soit une partie du mélange s'échappe par la sortie d'échappement, entraînant une surconsommation 50 et de la pollution.In addition, depending on the setting of the engine, either combustion gases remain in the cylinder at the end of expansion reducing the efficiency of the engine, or part of the mixture escapes through the exhaust outlet, causing overconsumption 50 and of pollution.
Ce dernier point limite fortement l'utilisation des moteurs 2 temps pour des carburant gazeux, notamment pour le di-hydrogène.This last point strongly limits the use of 2-stroke engines for gaseous fuels, in particular for di-hydrogen.
Enfin, les moteurs à 2 temps, comme tous les moteurs à combustion interne, 55 génèrent une très forte perte d'énergie thermique au niveau des gaz d'échappement. En raison du faible Volume de certains de ces moteurs, il est souvent difficile de récupérer une partie de cette énergie thermique par l'introduction d'un turbo-compresseur.Finally, 2-stroke engines, like all internal combustion engines, 55 generate a very high loss of thermal energy in the exhaust gases. Due to the low volume of some of these engines, it is often difficult to recover part of this thermal energy by the introduction of a turbo-compressor.
Au travers de cette invention, nous proposons deux améliorations du moteur 2 temps à combustion interne qui, combinées, permettent une lubrification du moteur sans l'utilisation de mélange huile-carburant et une récupération d'une 5 partie de l'énergie thermique perdue au niveau des gaz d'échappement.Through this invention, we propose two improvements to the 2-stroke internal combustion engine which, combined, allow lubrication of the engine without the use of an oil-fuel mixture and recovery of part of the thermal energy lost at exhaust gas level.
Pour répondre aux problèmes environnementaux que pose l'utilisation des moteurs deux temps à combustion interne, nous proposons un moteur 2 temps 10 lubrifié fonctionnant à carter fermé, disposant d'une soupape tournante permettant d'éviter la perte d'huile par l'échappement ou l'admission et un moteur Stirling permettant à la fois d'absorber l'accumulation de l'huile et des gaz derrière le piston moteur lors de la descente du piston et d'améliorer les performances du moteur.To meet the environmental problems posed by the use of two-stroke internal combustion engines, we offer a 10-stroke lubricated 2-stroke engine operating with a closed casing, with a rotating valve preventing loss of oil from the exhaust. or the intake and a Stirling engine which both absorbs the accumulation of oil and gases behind the engine piston when the piston is lowered and improves engine performance.
1) Dans ce cadre, nous proposons un dispositif de soupape tournante 1 permettant d'obturer, selon une séquence définie, la sortie 2 d'échappement du cylindre du moteur 3 et l'entrée 4 de carburant et d'air ou du mélange carburant- air.1) In this context, we propose a rotary valve device 1 making it possible to close, according to a defined sequence, the exhaust outlet 2 of the engine cylinder 3 and the inlet 4 of fuel and air or of the fuel mixture. - air.
2) dans un mode de réalisation préférentiel, le dispositif de soupape tournante comprendra un cylindre tournant ou cylindre-soupape 1, enchâssé dans le cylindre du moteur 3 de manière à reconstituer un cylindre de moteur et tel que le cylindre-soupape soit muni d'au moins un orifice, et préférentiellement de deux orifices 6 tel que, en tournant les orifices puissent passer alternativement devant la sortie d'échappement et l'entrée d'air et de carburant de façon à les obstruer de manière synchronisée au déplacement du piston.2) in a preferred embodiment, the rotary valve device will comprise a rotary cylinder or valve cylinder 1, embedded in the engine cylinder 3 so as to reconstitute an engine cylinder and such that the valve cylinder is provided with at least one orifice, and preferably two orifices 6 such that, by turning the orifices can pass alternately in front of the exhaust outlet and the air and fuel inlet so as to obstruct them in synchronization with the movement of the piston.
3) dans certains modes de réalisation, les orifices du cylindre-soupape seront décalés selon l'axe Z, de manière à ce que chaque orifice de la soupape tournante corresponde respectivement à l’entrée d'air et de carburant et à la sortie d'échappement, tel que chaque orifice ne puisse s'aligner et ouvrir durant leur rotation, que l'entrée d'air et de carburant ou la sortie des gaz d'échappement, 35 respectivement.3) in certain embodiments, the orifices of the valve cylinder will be offset along the axis Z, so that each orifice of the rotary valve corresponds respectively to the air and fuel inlet and to the outlet d 'exhaust, such that each orifice can not align and open during their rotation, that the air and fuel inlet or the exhaust gas outlet, respectively.
4) dans un mode de réalisation, la rotation du cylindre 1 sera indexée au mouvement de translation d'un piston 7 au travers d'un pignon d'engrenage 8 introduit en bas du cylindre couplé à un autre engrenage 9 introduit au niveau de l'axe 10 de la manivelle de la bielle du piston moteur, de telle sorte que le passage de l'orifice d'échappement du cylindre devant la sortie d'échappement et le passage de l'orifice d'entrée de gaz du cylindre devant l'entrée de carburant et d'air, soient synchronisés avec le passage du piston devant la sortie de gaz d'échappement et l'entrée de carburant et d'air.4) in one embodiment, the rotation of the cylinder 1 will be indexed to the translational movement of a piston 7 through a gear pinion 8 introduced at the bottom of the cylinder coupled to another gear 9 introduced at the level of the axis 10 of the crank of the connecting rod of the engine piston, so that the passage of the cylinder exhaust port in front of the exhaust outlet and the passage of the cylinder gas inlet port in front of the fuel and air inlet, are synchronized with the passage of the piston in front of the exhaust gas outlet and the fuel and air inlet.
5) dans un mode de réalisation particulier, au moins un et préférentiellement chaque orifice du cylindre tournant ou soupape rotative ou cylindre-soupape sera muni d'une trappe 11 coulissante permettant de fermer et d'ouvrir les orifices du cylindre en fonction de la position en rotation du cylindre, de telle sorte que l'ouverture et la fermeture des trappes soient indexées à la position rotative du cylindre tournant et à la position du piston.5) in a particular embodiment, at least one and preferably each orifice of the rotating cylinder or rotary valve or cylinder-valve will be provided with a sliding hatch 11 making it possible to close and open the orifices of the cylinder as a function of the position in rotation of the cylinder, so that the opening and closing of the doors are indexed to the rotary position of the rotating cylinder and to the position of the piston.
6) Dans un mode de réalisation particulier, chaque trappe sera munie d'une baïonnette 12 telle que un cylindre fixe de guidage 13, soit disposé au centre du cylindre tournant et telle que sur ledit cylindre fixe au moins un sillon de guidage6) In a particular embodiment, each hatch will be provided with a bayonet 12 such that a fixed guide cylinder 13 is placed in the center of the rotating cylinder and such that on said fixed cylinder at least one guide groove
14 permet de guider le mouvement des trappes, de sorte que la baïonnette suive la trajectoire du sillon de guidage et actionne la trappe en fonction de la position rotative du cylindre tournant.14 makes it possible to guide the movement of the doors, so that the bayonet follows the path of the guide groove and actuates the door as a function of the rotary position of the rotating cylinder.
7) Dans un mode de réalisation particulier, plusieurs sillons de guidage de 10 profondeurs différentes permettent de guider différentes trappes disposant de baïonnettes de longueurs différentes.7) In a particular embodiment, several guide grooves of 10 different depths make it possible to guide different hatches having bayonets of different lengths.
8) dans certains modes de réalisation, certaines baïonnettes disposent de partie plate 15 permettant de réaliser le guidage de croisements de sillons pour une baïonnette donnée en suivant son propre sillon.8) in certain embodiments, certain bayonets have a flat part 15 making it possible to guide the crossing of grooves for a given bayonet by following its own groove.
9) Dans un mode de réalisation particulier, un moteur Stirling sera introduit entre la sortie d'échappement 2, et le cardan 18 tel que les gaz d'échappement représentent la source chaude du moteur Stirling.9) In a particular embodiment, a Stirling engine will be introduced between the exhaust outlet 2, and the gimbal 18 such that the exhaust gases represent the hot source of the Stirling engine.
10) Dans un mode de réalisation particulier, une capsule enserre 19 un volume d'expansion des gaz d'échappement 20 en sortie d'échappement du cylindre, de telle sorte que la capsule et le volume d'expansion soient étanches l'un par rapport à l'autre et que la capsule 19 s'ouvre dans au moins un cylindre Stirling 16 reliant la capsule 19 au cardan 18 du moteur. Le cylindre 16 reliant la capsule au cardan, comprend un piston mobile 17. Un gaz de dilatation est introduit dans la capsule de dilatation jusqu'à la face supérieure du piston mobile 17, de sorte que les gaz d'échappement échauffent la paroi du volume d'expansion, cette dernière transmet la chaleur au gaz de dilatation contenu dans la capsule, entraînant la dilatation 30 dudit gaz de dilatation qui repousse le piston mobile 17 vers le cardan.10) In a particular embodiment, a capsule encloses 19 an expansion volume of the exhaust gases 20 at the exhaust outlet of the cylinder, so that the capsule and the expansion volume are sealed one by relative to each other and that the capsule 19 opens in at least one Stirling cylinder 16 connecting the capsule 19 to the universal joint 18 of the engine. The cylinder 16 connecting the capsule to the gimbal comprises a movable piston 17. An expansion gas is introduced into the expansion capsule up to the upper face of the movable piston 17, so that the exhaust gases heat the wall of the volume expansion, the latter transmits heat to the expansion gas contained in the capsule, causing the expansion 30 of said expansion gas which pushes the movable piston 17 towards the gimbal.
11) Dans un mode de mise en œuvre particulier, l'explosion du mélange dans le cylindre moteur 3 repousse le piston moteur 7. En descendant, le piston moteur 7 refoule l'huile et le gaz contenus dans le cardan 18 dans le cylindre Stirling 16 (action hydropneumatique) reliant le cardan 18 et la capsule 19, entraînant la remontée du piston mobile Stirling 17 et la compression du gaz de dilatation contenu dans la capsule. D'autre part, en descendant le piston moteur 7 fait tourner le cylindre tournant ou soupape tournante 1-5 grâce à l'engrenage 9 installé sur l'axe de manivelle 10. En tournant, la soupape tournante déplace la baïonnette des 40 trappes dans les sillons de guidage entraînant leur ouverture en même temps que leur alignement à la sortie d'échappement 2. Notamment, l'ouverture devant la sortie des gaz d'échappement du cylindre moteur au moment du passage de piston devant ladite sortie des gaz d'échappement 2, permet ainsi aux gaz d'échappement de pénétrer dans le volume d'expansion 20. Le passage des gaz 45 d'échappement entraîne réchauffement de la paroi dudit volume d'expansion 20 qui chauffe le gaz de dilatation contenu dans la capsule. La dilatation du gaz de dilatation repousse le piston Stirling mobile 17 qui refoule le gaz et l'huile endessous dudit piston contenu dans le cylindre Stirling 16, de sorte que le piston moteur remontant dans le cylindre moteur est refoulé par l'huile et le gaz comprimé 50 par le piston Stirling mobile, aidant ainsi la remontée du piston moteur.11) In a particular embodiment, the explosion of the mixture in the engine cylinder 3 repels the engine piston 7. When descending, the engine piston 7 delivers the oil and the gas contained in the cardan joint 18 into the Stirling cylinder 16 (hydropneumatic action) connecting the cardan joint 18 and the capsule 19, causing the movable piston Stirling 17 to rise and the compression of the expansion gas contained in the capsule. On the other hand, by lowering the working piston 7 rotates the rotary cylinder or rotary valve 1-5 thanks to the gear 9 installed on the crank pin 10. By turning, the rotary valve moves the bayonet of the 40 doors in the guide grooves causing their opening at the same time as their alignment at the exhaust outlet 2. In particular, the opening in front of the exhaust outlet of the engine cylinder when the piston passes in front of said exhaust outlet exhaust 2, thus allows the exhaust gas to enter the expansion volume 20. The passage of the exhaust gas 45 causes the wall of said expansion volume 20 to heat which heats the expansion gas contained in the capsule. The expansion of the expansion gas repels the movable Stirling piston 17 which expels the gas and the oil below said piston contained in the Stirling cylinder 16, so that the working piston rising in the engine cylinder is driven by the oil and the gas compressed 50 by the mobile Stirling piston, thus helping the engine piston to rise.
Le moteur Stirling permet d'ajouter à l'inertie du piston moteur, une énergie de refoulement du moteur Stirling en utilisant la chaleur des gaz d'échappement.The Stirling engine adds to the inertia of the engine piston, a discharge energy from the Stirling engine using the heat of the exhaust gases.
Dans certains modes de réalisation, le piston mobile Stirling 22 comprend un piston étanche 23 et un piston non étanche 24 centré sur le piston étanche et 5 séparé du piston étanche par un ressort 25, de telle sorte que les pistons étanche et non étanche puissent se rapprocher sous l'écrasement du ressort.In some embodiments, the Stirling movable piston 22 includes a sealed piston 23 and a non-sealed piston 24 centered on the sealed piston and separated from the sealed piston by a spring 25, so that the sealed and non-sealed pistons can be move closer under the crushing of the spring.
12) dans certains modes de réalisation, la capsule contenant le gaz d'expansion du moteur Stirling enserre tout ou partie du cylindre du moteur.12) in certain embodiments, the capsule containing the expansion gas of the Stirling engine encloses all or part of the engine cylinder.
13) dans certains modes réalisation, le piston du moteur Stirling ne sera pas libre mais relié par un système bielle-manivelle axe, au piston du moteur figure 4 .13) in certain embodiments, the piston of the Stirling engine will not be free but connected by a rod-crank axis system, to the piston of the engine in FIG.
14) dans certains modes de réalisation, l'injection du carburant et de l'air dans le 15 cylindre mettra en œuvre au moins un système de compresseur 21 ou de pompe, couplé à au moins un accumulateur à gaz.14) in certain embodiments, the injection of fuel and air into the cylinder will implement at least one compressor 21 or pump system, coupled to at least one gas accumulator.
15) dans certains modes de réalisation, le compresseur sera une machine à piston tournant 22 capable de compresser et ou pomper séparément un gaz et un carburant tel que de l'air et du dihydrogène sans les mélanger.15) in certain embodiments, the compressor will be a rotary piston machine 22 capable of compressing and / or pumping a gas and a fuel such as air and dihydrogen separately without mixing them.
LEGENDES DE L’ENSEMBLE DES FIGURES ) soupape tournante,cylindre tournant formant le cylindre soupapeLEGENDS OF ALL THE FIGURES) rotating valve, rotating cylinder forming the valve cylinder
2) sortie d'échappement du cylindre du moteur2) engine cylinder exhaust outlet
3) cylindre du moteur3) engine cylinder
4) entrée de carburant et d'air ou du mélange carburant air4) fuel and air or fuel air mixture inlet
5) cylindre tournant formant le cylindre soupape5) rotating cylinder forming the valve cylinder
6) orifice de la soupape tournante6) orifice of the rotary valve
7) piston moteur7) engine piston
8) pignon d'engrenage introduit en bas du cylindre soupape8) gear pinion introduced at the bottom of the valve cylinder
9) pignon d'engrenage introduit au niveau de l'axe de manivelle 109) gear pinion introduced at the crank pin 10
10) axe de manivelle du piston 710) piston crank pin 7
11) trappe coulissante permettant de fermer et d'ouvrir les orifices du cylindre en fonction de la position en rotation du cylindre11) sliding hatch allowing to close and open the cylinder openings according to the rotational position of the cylinder
12) baïonnette12) bayonet
13) cylindre fixe de guidage13) fixed guide cylinder
14) sillon de guidage14) guide groove
15) partie plate de baïonnette15) flat bayonet part
16) cylindre moteur Stirling16) Stirling engine cylinder
17) piston mobile moteur Stirling17) movable piston Stirling engine
18) cardan moteur18) motor gimbal
19) capsule enserrant le volume d'expansion gaz échappement19) capsule enclosing the exhaust gas expansion volume
20) volume d'expansion gaz échappement20) exhaust gas expansion volume
21 ) système de compression de gaz21) gas compression system
22) piston mobile dérivé du piston 1722) movable piston derived from piston 17
23) partie étanche du piston Stirling23) sealed part of the Stirling piston
24) partie non étanche du piston Stirling24) non-watertight part of the Stirling piston
25) ressort du miston25) miston spring
26) ailettes de refroidissements26) cooling fins
27) couplage de la bielle manivelle du motur Stirling avec la bielle manivelle du piston moteur27) coupling of the crank rod of the Stirling motur with the crank rod of the engine piston
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1870153A FR3077842A1 (en) | 2018-02-13 | 2018-02-13 | 2-STROKE LUBRIFIC ENGINE COUPLED TO A STIRLING ENGINE BY HYDROPNEUMATIC COUPLING |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1870153A FR3077842A1 (en) | 2018-02-13 | 2018-02-13 | 2-STROKE LUBRIFIC ENGINE COUPLED TO A STIRLING ENGINE BY HYDROPNEUMATIC COUPLING |
| FR1870153 | 2018-02-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR1870153A Withdrawn FR3077842A1 (en) | 2018-02-13 | 2018-02-13 | 2-STROKE LUBRIFIC ENGINE COUPLED TO A STIRLING ENGINE BY HYDROPNEUMATIC COUPLING |
Country Status (1)
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- 2018-02-13 FR FR1870153A patent/FR3077842A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20190816 |
|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20191006 |