LU501822B1 - Hydrogen-fueled four-stroke internal combustion engine - Google Patents
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Claims (15)
1. Moteur à hydrogène à combustion interne à quatre temps à mouvement alternatif à allumage comprenant un carter moteur (10), un vilebrequin (20) apte a être mis en rotation autour d’un axe de vilebrequin, un cylindre (30) agencé a l’intérieur dudit carter moteur (10), un piston (35) agencé à l’intérieur dudit cylindre pour réaliser un mouvement alternatif de manière mobile le long d’un axe de mouvement alternatif entre une position de point mort haut (TDC) distale par rapport audit vilebrequin (20) et une position de point mort bas (BDC) proximale audit vilebrequin (20) et relié de manière fonctionnelle au vilebrequin de sorte que le piston (35) à mouvement alternatif confère un mouvement de rotation au vilebrequin, une chambre de combustion (37) définie au sein dudit cylindre (30) entre le carter moteur (10) et une tête du piston (35) opposée audit vilebrequin (20), une soupape d'admission (40.1), une soupape d’échappement (45.1), un injecteur d'hydrogène (60) configuré pour injecter directement de l'hydrogène dans ladite chambre de combustion (37), un injecteur d’eau (70) configuré pour injecter directement de l’eau dans ladite chambre de combustion (37); une bougie d’allumage ou à incandescence (50), et une unité de commande de moteur configurée pour commander le calage et la quantité d'injection d'hydrogène et d'injection d’eau, dans lequel ladite unité de commande de moteur est configurée pour injecter dans la chambre de combustion une première quantité d'hydrogène à un premier calage, allant de 20° avant le TDC pendant la course de compression à 20° après le TDC, pour injecter dans la chambre de combustion une deuxième quantité d’eau à un deuxième calage, allant de 110° a 90° avant le TDC pendant la course de compression et pour injecter dans la chambre de combustion une troisième quantité d'hydrogène à un troisième calage, allant de 180° à 100° avant le TDC pendant la course de compression.
2. Moteur à hydrogène à combustion interne à quatre temps à mouvement alternatif à allumage selon la revendication 1, dans lequel ladite unité de commande de moteur est configurée pour commander la troisième quantité d'hydrogène afin qu’elle représente de 5 à 50 % en poids de la quantité totale d'hydrogène, dans lequel ladite quantité totale d'hydrogène est la somme de la troisième quantité et de la première quantité d'hydrogène.
3. Moteur à hydrogène à combustion interne à quatre temps à mouvement alternatif à allumage selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite unité de commande de moteur est configurée pour injecter en outre dans la chambre de combustion une quatrième quantité d’eau à un quatrième calage, allant de 180° à 110° avant le TDC pendant la course de compression.
4 Moteur à hydrogène à combustion interne à quatre temps à mouvement alternatif à allumage selon la revendication 3, dans lequel ladite unité de commande de moteur est configurée pour commander la quatrième quantité d’eau afin qu’elle représente de 0,5 à 5 % en poids de la quantité totale d’eau, dans lequel ladite quantité totale d’eau est la somme de la deuxième quantité d'eau et de la quatrième quantité d’eau.
5. Moteur à hydrogène à combustion interne à quatre temps à mouvement alternatif à allumage selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ladite unité de commande de moteur est configurée pour commander la quantité totale d'hydrogène et la seconde quantité ou la quantité totale d’eau pour obtenir une valeur lambda entre 1,5 et 2,5, de préférence entre 1,6 et 2,4, plus préférentiellement entre 1,7 et 2,3, la valeur lambda étant le rapport d'équivalence air sur carburant.
6. Moteur à hydrogène à combustion interne à quatre temps à mouvement alternatif à allumage selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ladite unité de commande de moteur est configurée pour commander la quantité totale d'hydrogène et la quantité totale d’eau pour obtenir un rapport massique eau sur hydrogène qui est entre 1,0 et 2,0, de préférence entre 1,3 et 1,9, plus préférentiellement entre 1,5 et 1,7.
7. Moteur à hydrogène à combustion interne à quatre temps à mouvement alternatif à allumage selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le premier calage va de 15° avant le TDC pendant la course de compression à 15° après le TDC et/ou le deuxième calage va de 105° à 95°, de _ préférence est d'environ 100°, avant le point mort haut (TDC) pendant la course de compression et/ou le troisième calage d’injection d'hydrogène va de 175° à 120°, avant le TDC pendant la course de compression et/ou, le cas échéant, le quatrième calage va de 175° à 120° avant le TDC pendant la course de compression.
8. Moteur à hydrogène à combustion interne à quatre temps à mouvement alternatif à allumage selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel un rapport de compression du moteur est entre 12,9:1 et 17:1, de préférence entre 13,4:1 et 16,5:1, plus préférentiellement entre 13,9 et 16.
9. Procédé de fonctionnement d’un moteur à hydrogène à combustion interne à quatre temps à mouvement alternatif à allumage comprenant un carter moteur (10), un vilebrequin (20) apte à être mis en rotation autour d’un axe de vilebrequin, un cylindre (30) agencé à l’intérieur dudit carter moteur (10), un piston (35) agencé à l’intérieur dudit cylindre (30) pour réaliser un mouvement alternatif de manière mobile le long d’un axe de mouvement alternatif entre une position de point mort haut (TDC) distale par rapport audit vilebrequin (20) et une position de point mort bas (BDC) proximale audit vilebrequin (20) et relié de manière fonctionnelle au vilebrequin de sorte que le piston (35) à mouvement alternatif confère un mouvement de rotation au vilebrequin (20), une chambre de combustion (37) définie au sein dudit cylindre (30) entre le carter moteur (10) et une tête du piston (35) opposée audit vilebrequin (20), une soupape d'admission
(40.1), une soupape d'échappement (45.1), un injecteur d'hydrogène (60) configuré pour injecter directement de l'hydrogène dans ladite chambre de combustion (37), un injecteur d’eau (70) configuré pour injecter directement de l'eau dans ladite chambre de combustion (37); une bougie d’allumage ou à incandescence (50), et une unité de commande de moteur, configurée pour mettre en œuvre les étapes du procédé, ledit procédé comprenant, lors de chaque cycle à quatre temps, les étapes de : a) l'injection d’une troisième quantité d'hydrogène à un troisième calage, allant de 180° à 100° avant le TDC pendant la course de compression dans la chambre de combustion (37) par le biais de l’injecteur d'hydrogène (60), b) I'injection d’une deuxième quantité d’eau a un deuxième calage, allant de 110° à 90° avant le TDC pendant la course de compression dans la chambre de combustion (37) par le biais de l'injecteur d’eau (70), et c) l’injection d’une première quantité d'hydrogène à un premier calage, allant de 20° avant le TDC pendant la course de compression à 20° après le TDC dans la chambre de combustion (37) par le biais de l’injecteur d'hydrogène (60).
10. Procédé de fonctionnement d'un moteur à hydrogène à combustion interne à quatre temps à mouvement alternatif à allumage selon la revendication 9, dans lequel la troisième quantité d'hydrogène à l’étape a) est commandée afin qu’elle représente de 5 à 50 % en poids de la quantité totale d'hydrogène, dans lequel ladite quantité totale d'hydrogène est la somme de la troisième quantité et de la première quantité d’hydrogene.
11. Procédé de fonctionnement d’un moteur à hydrogène à combustion interne à quatre temps à mouvement alternatif à allumage selon la revendication 9 ou 10, comprenant en outre l’étape de : d) l'injection d’une quatrième quantité d’eau à un quatrième calage, allant de 180° à 110° avant le TDC pendant la course de compression dans la chambre de combustion (37) par le biais de l'injecteur d’eau (70).
12. Procédé de fonctionnement d’un moteur à hydrogène à combustion interne a quatre temps a mouvement alternatif à allumage selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel la quatrième quantité d’eau est commandée afin qu’elle représente de 0,5 à 5 % en poids de la quantité totale d’eau, dans lequel ladite quantité totale d’eau est la somme de la deuxième quantité d’eau et de la quatrième quantité d’eau.
13. Procédé de fonctionnement d’un moteur à hydrogène à combustion 5 interne à quatre temps à mouvement alternatif à allumage selon l’une quelconque des revendications 9 à 12, dans lequel la quantité totale d’hydrogéne et la seconde quantité ou la quantité totale d’eau est commandée pour obtenir une valeur lambda entre 1,5 et 2,5, de préférence entre 16 et 2,4, plus préférentiellement entre 1,7 et 2,3, la valeur lambda étant le rapport d'équivalence air sur carburant.
14. Procédé de fonctionnement d’un moteur à hydrogène à combustion interne à quatre temps à mouvement alternatif à allumage selon l’une quelconque des revendications 9 à 13, dans lequel la quantité totale d’hydrogéne et la quantité totale d'eau est commandée pour obtenir un rapport massique eau sur hydrogène qui est entre 1,0 et 2,0, de préférence entre 1,3 et 1,9, plus préférentiellement entre 1,5 et 1,7.
15. Procédé de fonctionnement d’un moteur à hydrogène à combustion interne à quatre temps a mouvement alternatif à allumage selon l’une quelconque des revendications 9 à 14, dans lequel à l’étape a) le troisième calage d'injection d'hydrogène est défini de 175° a 120°, avant le TDC pendant la course de compression et/ou à l'étape b) le premier calage est défini de 15° avant le TDC pendant la course de compression à 15° après le TDC et/ou à l’étape c) le deuxième calage est défini de 105° à 95°, de préférence sur environ 100°, avant le point mort haut (TDC) pendant la course de compression et/ou, le cas échéant, le quatrième calage est défini de 175° à 120° avant le TDC pendant la course de compression.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20231009 |